基于FPGA的時(shí)間間隔測(cè)量模塊設(shè)計(jì)

摘要：介紹一種基于FPGA技術(shù)的時(shí)間間隔測(cè)量方法，通過(guò)分析FPGA的主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)及其在工業(yè)控制領(lǐng)域中所處的重要地位，給出設(shè)計(jì)時(shí)間間隔測(cè)量模塊所選用的FPGA器件并進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，以及所選用的軟件并進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。描述時(shí)間間隔測(cè)量模塊的軟件及硬件設(shè)計(jì)方法，給出設(shè)計(jì)過(guò)程的硬件原理圖及軟件流程圖，并對(duì)設(shè)計(jì)的各功能模塊進(jìn)行功能時(shí)序仿真。
關(guān)鍵詞：FPGA：時(shí)間間隔測(cè)量；模塊設(shè)計(jì)；功能時(shí)序仿真

隨著半導(dǎo)體技術(shù)、嵌人式技術(shù)和EDA技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字設(shè)計(jì)技術(shù)將逐步取代模擬技術(shù)。而FPGA技術(shù)是數(shù)字技術(shù)的最新研究成果，利用FPGA技術(shù)進(jìn)行數(shù)字電路的設(shè)計(jì)是必然趨勢(shì)。電子工藝技術(shù)的不斷改進(jìn)使得FPGA的成本不斷降低，用FPGA進(jìn)行數(shù)字電路的設(shè)計(jì)具有開(kāi)發(fā)周期短、成本低、電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。由于生產(chǎn)FPGA的各大廠家在工藝上不斷提升技術(shù)，使得FPGA的市場(chǎng)迅速擴(kuò)大。

1 基本設(shè)計(jì)原理
圖l為時(shí)間間隔測(cè)量系統(tǒng)框圖。

圖l中，F(xiàn)PGA模塊作為整個(gè)時(shí)間間隔測(cè)量模塊的核心器件，當(dāng)有啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，經(jīng)光電耦合器進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，得出5 V的數(shù)字信號(hào)。此時(shí)，F(xiàn)PGA向時(shí)間間隔測(cè)量程序發(fā)送數(shù)字信號(hào)1通知，時(shí)間間隔測(cè)量程序開(kāi)始測(cè)量，當(dāng)光電耦合器件再次收到信號(hào)時(shí)，此信號(hào)可以設(shè)置為停止信號(hào)，此時(shí)FPGA向時(shí)間間隔測(cè)量程序發(fā)送停止信號(hào)，得到兩個(gè)信號(hào)間的間隔數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析判斷測(cè)量數(shù)據(jù)是否為正確數(shù)據(jù)。若為正確測(cè)量數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA向STC單片機(jī)發(fā)送中斷信息，通知STC單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取。此時(shí)，STC單片機(jī)向FPGA發(fā)送控制信號(hào)，F(xiàn)PGA根據(jù)STC單片機(jī)發(fā)來(lái)的控制信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，根據(jù)控制信號(hào)有序地向STC單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。FPGA采用A1tera公司的EPlC3T10017器件進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，采用A1-
tera公司開(kāi)發(fā)的Quartus II進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。