一种采用PCI软核的轴角数据采集系统
研究一种基于pci软核的轴角编码数据采集系统，实现伺服系统角度位置量的实时测控。采用fpga器件实现pci接口逻辑。fifo存贮单元及轴角转换控制逻辑，采用旋转变压器-数字转换模块实现高速轴角转换，并设计了相应地wdm驱动程序。采集板应用于labwindows的测控系统中，数据采样速率达到27 r/s，数据传输速率达到132 mb/s.
0引言
在工业控制伺服设备中，实现角度位置量的高精度实时测量和控制是关键性的技术。轴角转换模块是一种角度量/数字转换器，其功能是将旋转变压器及自整角机的模拟信号转换为数字信号，与普通的a/d编码相比，轴角编码采用正、余信号进行编码，抗干扰能力强及转换速度快。随着fpga技术的发展，在fpga上能够实现pci接口。存贮器及逻辑控制功能。由于fpga具有灵活的可编程性的优点，pci接口可以依据插卡功能进行最优化，而不必实现所有的pci功能，这样可以节约系统的逻辑资源，实现紧凑的系统设计。本文介绍采用轴角转换器及altera公司的fpga器件实现角度量高速采集的pci接口板的方法。
1系统硬件设计
轴角数据采集卡主要由轴角转换器件（rdc转换器）。fpga器件epf10k30组成。其功能框图如图1所示，输入的旋转变压器的正弦。余弦信号经 rdc转换器转换为数字量，输出精度为14位；fpga实现pci总线接口功能以及控制逻辑功能，内部主要由pci_mt32宏单元及fifo存贮器组成。
rdc转换器实现旋转变压器信号到数字的转换，其工作原理是旋转变压器输出的正。余弦信号幅度调制信号，角度量信息包含在正弦波的幅度里，并定义：
式中vx（t）和vy（t）代表正弦。余弦信号，其振幅分别为kx eo cosθ和ky eo sinθ。在振幅表达式中，只有sinθ和cosθ变化；基准振幅eo和增益因数kx ，ky都是常数。
在交流信号中，正。余弦信号幅度之比载送角度量信息，即式（1）与式（2）之比：
由式（3）中的正切函数tanθ得到角度量。在rdc转换器中，采用连续跟踪式转换方式，其转换时序如图2所示，其中“busy”是转换器“忙”信号，“data”是数据信号。当“busy”信号为高电平时，转换器处于跟踪转换状态，数据信号“data”处于不稳定的变化状态；当“busy”信号为低电平时，表示转换结束，数据信号“data”处于稳定状态，可以进行读取操作。为了实现对角度量的连续采集，根据转换器的时序关系，用fpga设计一个 fifo存贮器，用忙信号的下降沿触发保存数据。epf10k30片内带有12 288位的存贮单元，可以由用户设计成rom.ram或fifo型存贮器。利用参数化双时钟fifo宏单元lpm_fifo_dc，设计数据宽度（lpm_width）为14位，存贮数据量（lpm_num-words）为64的双时钟fifo存贮器，由于数据的读。写由时钟的上升沿控制，所以转换器的忙信号经反向后作为写入时钟信号（wrclock），读时钟（rdclock）。读。写请求信号及清除信号，由计算机通过pci接口控制。
2 pci接口设计
pci接口采用altera公司的megacore宏单元pci_mt32实现。pci_mt32是一个32位主。从方式的pci接口功能模块，支持33 mhz和66 mhz的总线时钟。
pci_mt32的功能框图如图3所示，由两部分功能组成，一部分与pci总线相连接，包括pci address/databuffer（地址数据总线）以及pci target control（pci从方式）控制信号，这些信号的功能与pci总线的接口协议的规范相同，另一部分与局部总线相连接，包括localtarget address/data/command/byte enable寄存器。localtarget control寄存器，用于传送地址。数据和控制信号。配置寄存器（configuration registers）可以进行deciceid.vendor id等参数的配置。
设计pci的方法如下：在max+plusⅱ中，调入pci_mt32宏单元后，根据数据采集板的功能和需要，设置pci_mt32的参数表如下：
3 wdm驱动程序设计
pci总线接口板驱动程序的设计采用compuwarenumega公司的driverstudio软件［9］，其设计步骤如下：
（1）启动driverworks出现driver wizard的向导对话框，首先输入轴角数据采集板驱动程序的文件名：
mpci；（2）选择文件的类型，选择其中的wdm项，表示生成wdm类型文件。
（3）选择接口板的类型以及填写device id和vend-er id.在接口板类型项中选择pci.device id和vend-er id是设备标识符和销售商标识符，要与pci接口板中的一致，因此填写“0004”和“1172”作为device id和venderid，subsystem id和revision id项采用缺省值。
由上面的步骤产生的wdm驱动程序的框架代码（mpci.dsw）需要添加代码，才能完成读。写和控制功能。在vc中打开mpci.dsw，可以看到它是由两部分组成：一个是用于生成驱动程序的mpci文件，一个是用于测试驱动程序的test-mpci文件。因为pci接口板的功能是读取数据，需要添加如下的“读取”控制代码：
程序中的i.readsize（）=4是指每次读取的字节数是4，即每次读32位数据，pulong pbuffer=（pulong）i.
bufferedreaddest（）表示通过缓冲区来读写io.修改好的程序经过编译后，生成mpci.inf和mpci.sys文件，存放在 sys\i386的目录下。当把pci接口板插入计算机后，重新启动计算机，系统显示找到新硬件，按照提示将mpci.inf和mpci.sys文件装入。
该采集卡用于labwindows/cvi的虚拟仪器中，在labwindows/cvi中调用驱动程序的方法如下：
图4是显示的采集数据波形，由波形图可以测出轴角编码数据采集系统能够实现实时采集。
4结语
本文讨论了基于pci总线的高速轴角数字采集系统，实现对轴角量的高速采集。采用fpga设计pci接口，将接口电路。存贮器及轴角时序转换控制集成于一个芯片，具有集成度高及实现方式灵活的特点。本采集卡用于轴角虚拟仪器系统，试验表明采用pci总线的轴角采集卡的数据采集速率能够达到27 r/s，数据传输速率132 mb/s，优于isa总线接口的采集板。
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式中vx（t）和vy（t）代表正弦。余弦信号，其振幅分别为kx eo cosθ和ky eo sinθ。在振幅表达式中，只有sinθ和cosθ变化；基准振幅eo和增益因数kx ，ky都是常数。
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