基于NiosII的多通道PWM信號測量/產(chǎn)生器節(jié)點設(shè)計

　　具體實現(xiàn)的流程如下：

　　·根據(jù)具體需要依次配置每個通道為PWM測量或者產(chǎn)生通道，由PWM配置控制器實現(xiàn)，該控制器與NiosII處理器的PWM控制器相連。

　　·使用一個基準地址計數(shù)器給出的循環(huán)地址信號對所有的RAM讀寫進行同步，該基準地址計數(shù)器給出不同延遲周期的地址計數(shù)，以修正RAM讀取產(chǎn)生的延時。

　　·PWM產(chǎn)生：將高/低電平周期數(shù)寫入預置高/低電平計數(shù)器，計數(shù)器自加器按基準地址計數(shù)器給出的修正延遲的地址讀出計數(shù)并+1后重新寫入計數(shù)器RAM；比較器按基準地址計數(shù)器給出的修正延遲地址計數(shù)讀出預置高/低電平周期數(shù)進行比較決定輸出的是高/低電平。

　　這種方法得到頻率為：

　　其中為該模塊的時鐘頻率，為預置數(shù)計數(shù)器，采用循環(huán)方式時一個周期的時間為通道數(shù)與預置數(shù)和之積；本節(jié)點中，因此，滿足測速測距模塊0~10KHz的設(shè)計需要；若需要更高頻率，可以提高fCLK或者進行通道分組，以降低每組的Nch，占空比的精度與頻率有關(guān)，頻率越低，可調(diào)精度越高。

　　·PWM測量：是PWM產(chǎn)生的逆過程，測量的精度與產(chǎn)生的PWM信號的精度相同。每隔一個脈沖更新一次測得的周期和占空比值，因此可用于周期快速變化PWM信號的測量。

　　·死區(qū)控制器：僅僅對應(yīng)于PWM產(chǎn)生部分，該模塊輸出的PWM信號初始間隔為1個TCLK，根據(jù)具體的需要配置相應(yīng)的延時即可。

節(jié)點軟件設(shè)計

　　上位機通過RS-485發(fā)送命令包來控制智能節(jié)點的動作，該命令包順序由8bit標識碼，8bit包長度，16bit目標節(jié)點號，16bit包編號，命令區(qū)和16bit CRC16校驗碼組成，NiosII處理器負責解包，校驗CRC碼是否正確，并且根據(jù)命令動作PWM控制器。當需要讀取PWM周期和占空比測量值時，NiosII處理器還需要把從高/低電平計數(shù)保存器RAM讀出的值組包發(fā)送給上位機。

　　NiosII處理器采用中斷方式接受通過RS-485總線發(fā)來的命令包，中斷處理通過狀態(tài)機的方式處理每一個接收到的字節(jié)，具體功能描述如下：

　　·檢查標識碼，檢查是否為智能PWM節(jié)點類型的命令包，啟動狀態(tài)機，并打開定時器，防止當命令包不完整時接受狀態(tài)機無法回到初始狀態(tài)；

　　·讀取包長度信息，檢查是否目標為本節(jié)點，是則記錄包編號；

　　·如果標識碼不是智能PWM節(jié)點類型的命令包則不對命令進行處理，是則將命令放入緩沖中待處理；

　　·檢查CRC校驗碼是否正確，如正確，則將緩沖中的命令寫入命令隊列；如果不正確，則將錯誤信息寫入待發(fā)送信息隊列。

　　命令包括配置某位為PWM測量/產(chǎn)生，配置某位的預置數(shù)計數(shù)器，讀取某位的計數(shù)保存器三類。

　　主循環(huán)中完成的工作是：

　　·檢查命令隊列中是否有未處理的命令并處理；

　　·檢查待發(fā)送信息隊列長度是否達到預定值，是則啟動一次發(fā)送，將待發(fā)送信息打包發(fā)送給上位機。

實驗結(jié)果

　　使用ModelSim進行仿真，配置使用了10通道作為PWM信號輸出，隨機賦值了給每個通道不同的周期和占空比，得到的仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4 智能PWM信號產(chǎn)生器仿真結(jié)果圖

　　將這10個通道與另外配置為PWM信號測量的10個通道相連接，進行周期和占空比測量，得到的高低電平周期測量結(jié)果與實際值誤差限為，由此導致的頻率誤差為：

當取f=10KHz時，Δf≈200Hz；取f=1KHz時，Δf≈2Hz，頻率越低，測量精度越高。

結(jié)語

　　針對于列車控制系統(tǒng)半實物仿真平臺測速測距模塊的多通道PWM信號測量/產(chǎn)生的要求，本文提出了一種利用NiosII軟核處理器替代通訊用MCU的智能多通道PWM信號測量/產(chǎn)生器的設(shè)計方案，給出了利用FPGA實現(xiàn)多通道PWM信號測量/產(chǎn)生器模塊的方法，并且編寫了NiosII處理器的通訊控制軟件。

　　本設(shè)計將應(yīng)用在北京全路通通信信號研究設(shè)計院列控實驗室的實物測控接口平臺中，連接測速測距模塊，將仿真端與實物端相連。除此之外，本設(shè)計還可應(yīng)用在多電機控制等領(lǐng)域。

參考文獻：

1.  徐光輝、程東旭、黃如等，基于FPGA的嵌入式開發(fā)與應(yīng)用，電子工業(yè)出版社, 2006.
2.  李旭、謝運祥，PWM技術(shù)實現(xiàn)方法綜述，電源技術(shù)應(yīng)用，2005，02:40～43