【正文】 狀態(tài)，等待下一幀的起始位。 在調(diào)試串口這個(gè)單元的時(shí)候我們首先遇到的問(wèn)題是沒(méi)有將其中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換搞清楚，為了更好的理解清楚的看到其中狀態(tài)的改變，我們調(diào)出發(fā)送跟接收模塊的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖 4圖 43所示。 22 電機(jī)使能控制仿真 我們可以從圖中發(fā)現(xiàn)小于 6個(gè)時(shí)鐘輸入之前 clr 為 0， ena 為 1， load 為 0；當(dāng)在第6個(gè)時(shí)鐘時(shí)期 clr 為 0， ena 為 0， load 為 1；當(dāng)為 7 的時(shí)候 ena 為 0， load 為 0， clr 為1，正好滿足我們要設(shè)計(jì)的功能。 （ 4）編輯輸入波形 選中你將要編輯的波形進(jìn)行單擊，使它變?yōu)樗{(lán)色，用設(shè)置時(shí)鐘的方式設(shè)置它，再單擊左側(cè)的時(shí)鐘設(shè)置鍵，在 clock 窗口中設(shè)置信號(hào)周期占空比等。從細(xì)節(jié)上我們對(duì)各個(gè)模塊所要實(shí)現(xiàn)的功能及連接管教進(jìn)行了初步的預(yù)設(shè)從而更進(jìn)一步的促成了整個(gè)方案的連貫。 （ 1）波特率發(fā)生模塊 波特率發(fā)生模塊是為了提供符合傳輸波特率的時(shí)鐘信號(hào)，兩個(gè)輸入端一個(gè)輸出端，一個(gè) 50Mhz 的時(shí)鐘 clk 輸入，一個(gè)復(fù)位高電平復(fù)位信號(hào)輸入， bclk 則是波特率時(shí)鐘信號(hào)。 在信號(hào)線上會(huì)出現(xiàn)兩種狀態(tài)，分別是邏輯 0 和邏輯 1，在發(fā)送空閑狀態(tài)保持高電平狀態(tài)。 （ 2）分頻器 這里的分頻模塊有兩個(gè)但是其中的原理是一樣的，我們選用 50Mhz 的主晶振作為分頻時(shí)鐘的輸入，當(dāng)我們要的到一個(gè) 1Mhz 的輸出時(shí)候我們將使得輸入 50 個(gè)周期的時(shí)鐘脈沖沿之后我們輸出一個(gè)脈沖這樣就將 50Mhz 分為了 50 份，每份自然就是 1Mhz 了。 14 模塊化分析 直流電機(jī)監(jiān)視模塊 電機(jī)的轉(zhuǎn)速通常是指每分鐘的轉(zhuǎn)速，也就是單位是 rpm，但是實(shí)際的測(cè)量過(guò)程中，為了減少轉(zhuǎn)速的刷新時(shí)間，通常都是 5～ 10秒刷新一次。因此我們必須設(shè)計(jì)兩個(gè)單元去實(shí)現(xiàn)脈沖的計(jì)數(shù)跟 PWM 波的輸入兩個(gè)單元，那么我們接下里就會(huì)想到我們?cè)撨x用什么樣的 PWM 波控制就成了首要的問(wèn)題。它的仿真包括四個(gè)步驟：建立波形輸入文件、設(shè)置節(jié)點(diǎn)的驗(yàn)證時(shí)序、設(shè)置仿真參數(shù)、運(yùn)行 Simulator。 Quartus II 軟件的設(shè)計(jì)流程如圖 圖 25 （ 1）設(shè)計(jì)輸入 Quartus II 本身具有的編輯器，如原理圖式設(shè)計(jì)輸入，文本編輯器輸入，和內(nèi)存編輯輸入。例如，有兩個(gè)文本框，一個(gè)用于輸入數(shù)據(jù)，一個(gè)用于顯示計(jì)算后的數(shù)據(jù)，這是兩個(gè)不同的對(duì)象，完成的功能也不相同，在編程時(shí)就需要對(duì)其編寫不同的程序代碼，這 種編程的思想和方法就是面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法。庫(kù)可由用戶生成或由 ASIC 芯片制造商提供，以便于在設(shè)計(jì)中為大家所共享。輸出信號(hào) 由輸出譯碼器根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)和輸入條件決定。 狀態(tài)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)跟功能 狀態(tài)機(jī)是一種時(shí)序邏輯電路，它的基本結(jié)構(gòu)邏輯框圖如圖 24 所示。但是要注意的是，無(wú)論是波特率還是涉及到一個(gè)信號(hào)幀內(nèi)傳送信號(hào) 的位速率，因?yàn)樽址鞘褂貌煌俣容斎氲?，兩幀之間的間隔是可以變化的，所以，所有提到的波特率還是位速率都是指真正被傳送的信息。每發(fā)送一個(gè)字符，就發(fā)送一個(gè)組，這個(gè)組包括一個(gè)起始位一個(gè)數(shù)據(jù)位，可選擇的奇偶校驗(yàn)位，一個(gè)或者更多的停止位。每八個(gè)位構(gòu)成一個(gè)字節(jié)，因?yàn)橐粋€(gè)字節(jié)值的范圍從 00000000～ 11111111，也就是十進(jìn)制的 0～ 255. 在一個(gè)字節(jié)中最右面的位被稱為 0位，最左面的位被稱為位 7 位。 請(qǐng)求發(fā)送（ RTS）信號(hào)和清除發(fā)送（ CTS）一起提供了控制 DTE 與 DCE 之間數(shù)據(jù)流的一種方法。當(dāng)沒(méi)有載波的時(shí)候，在半雙工系統(tǒng)中從發(fā)送模式切換到接收模式的短暫時(shí)間內(nèi)，這個(gè)信號(hào)處于傳號(hào)狀態(tài)。 PWM 實(shí)現(xiàn)電路控制是比較簡(jiǎn)單的，但由于輸出頻率是恒定的，如果開(kāi)關(guān)變換器工作頻率比較高的話，則在輕載或者處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗將極為可觀，造成大量的能耗。 電機(jī)原理 直流電機(jī)是我們生活中非常常見(jiàn)的的一種電子設(shè)備，其結(jié)構(gòu)如下圖 21 所示。 當(dāng)下通信行業(yè)是一個(gè)熱門的行業(yè)，因?yàn)樵诋?dāng)下數(shù)據(jù)通信，手機(jī)的風(fēng)行，電腦數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸都得用到通信方面的知識(shí)，但是當(dāng)下如何將合適的通信方式跟我們研究的課題集合起來(lái)這將成為很重要的問(wèn)題，對(duì)于用到的 FPGA，我們?cè)撚迷趺礃拥?vhdl 語(yǔ)言區(qū)描述這樣的通信原理呢，這些都是將要面臨的問(wèn)題。通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和快速總結(jié)，獲得現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，為遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)；通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控，技術(shù)職員無(wú)須親臨現(xiàn)場(chǎng)或惡劣的環(huán)境就可以監(jiān)視并控制生產(chǎn)系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及各種參數(shù)，使受過(guò)專業(yè)練習(xí)的職員。近年來(lái)，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)和可編程（ pld）技術(shù)的發(fā)展非常迅速，在現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中已經(jīng)的到了廣泛的應(yīng)用。法國(guó)的 ALARM 研究組對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的智能報(bào)警和監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了長(zhǎng)期研究，并在多個(gè)項(xiàng)目中實(shí)施了應(yīng)用。 最后也是較為普遍的應(yīng)用就是，遠(yuǎn)程監(jiān)控可以很好地為人們帶來(lái)很多便利，人們 不用再一直坐在電腦前看一個(gè)程序的運(yùn)行這個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，不用再擔(dān)心由于疏忽而忘了關(guān)閉公司的電源，一切都可以隨身操作，不再受到距離的限制，自然遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)就成了人們關(guān)注的重點(diǎn)對(duì)象，因此對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控的研究迫在眉睫，我們要更好的去了解它，應(yīng)用它，用好它，尋找更好的辦法去實(shí)現(xiàn)它，當(dāng)下人們較多的都是在應(yīng)用單片機(jī)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，但是 FPGA 的出現(xiàn)已經(jīng)為人們帶來(lái)了更好的開(kāi)發(fā)環(huán)境，因此我們將嘗試用 FPGA 技術(shù)去完成遠(yuǎn)程監(jiān)控的設(shè)計(jì)，以達(dá)到更好的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。電腦 PC 界面跟數(shù)碼管同時(shí)會(huì)將采集的轉(zhuǎn)速顯示，我們可以根據(jù)自己想要的轉(zhuǎn)速發(fā)送相應(yīng)的代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)。結(jié)果我們?cè)诎殉绦?載入到芯片后，我們通過(guò) PC 發(fā)送控制信號(hào)，使控制信號(hào)參與到 PWM 波的生成模塊中實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)供電控制，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。 第二，為了“走出去”各個(gè)大公司絞盡腦汁發(fā)展自己的技術(shù)，但是發(fā)現(xiàn)這一套對(duì)于發(fā)展海外市場(chǎng)效果甚微，原因在于我國(guó)的技術(shù)跟國(guó)外還是有一定的差距，就算實(shí)力相當(dāng)?shù)菍?duì)于越來(lái)越挑剔的顧客，我們的品牌怎么才能脫穎而出呢，很多公司選擇了走高質(zhì)量高服務(wù)的的先進(jìn)道路，陜鼓集團(tuán)就是一個(gè)經(jīng)典的例子，他是 為冶金， 石化 ，煤化工，電力，國(guó)防，環(huán)保等行業(yè)提供大型動(dòng)力裝備系統(tǒng)問(wèn)題解決方案的集成商和系統(tǒng)服務(wù)商，憑借著對(duì)出售出去的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，確保了售后服務(wù)幾乎無(wú)差評(píng)的良好聲譽(yù)，贏得了更多海外客戶的認(rèn)可躋身于世界 500 強(qiáng)，他們通過(guò)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)對(duì)出售出去的設(shè)備進(jìn)行跟蹤，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)將在遠(yuǎn)程進(jìn)行診斷操作，第一時(shí)間找到問(wèn)題的關(guān)鍵所在，為設(shè)備應(yīng)用企業(yè)節(jié)省了時(shí)間同時(shí)更為客戶減少了利益損失，陜鼓特色服務(wù)因遠(yuǎn)程監(jiān)控而特色。很多公司也在他們研發(fā)產(chǎn)品的過(guò)程中加入了 Inter 的功能，如 Bentley 公司擁有的計(jì)算機(jī)在線設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng) DataManager200 可以運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（ NetDDE）的方式向遠(yuǎn)程終端發(fā)送設(shè)備運(yùn)行信息；著名的 National Instruments 公司也在他們的產(chǎn)品LabWindows/CVI 和 LabVIEW 中加進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)通訊處理模 塊，因此可以通過(guò) WWW、 FTP、 E2mail方式在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)進(jìn)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的傳送與接收。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)得到了就搞得需求，再結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，以及測(cè)控系統(tǒng)之后，人們還將傳感器領(lǐng)域參入了其 中，但是最核心的問(wèn)題是當(dāng)下很多開(kāi)發(fā)的核心都是通過(guò)單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 借助于遠(yuǎn)程監(jiān)控可以將企業(yè)內(nèi)部的信息網(wǎng)（ Intra）與控制網(wǎng)有效地連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)情況的隨時(shí)把握，把生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)狀況同企業(yè)的經(jīng)營(yíng)治理策略緊密結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)的綜合自動(dòng)化，可以建立網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和網(wǎng)上知識(shí)資源庫(kù)。對(duì)于硬件電路我們采用實(shí)驗(yàn)室提供的 FPGA 實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板，不僅節(jié)省了資金更能為更快地實(shí)現(xiàn) 研究的目的節(jié)省巨大的時(shí)間。 計(jì)數(shù)器是在一個(gè)脈沖來(lái)到之時(shí)進(jìn)行數(shù)字累加，進(jìn)行輸出當(dāng)達(dá)到一定的規(guī)定值之后將進(jìn)行清零并將向下一個(gè)模塊發(fā)送一個(gè)新的脈沖作為下一個(gè)計(jì)數(shù)模塊的時(shí)鐘輸入進(jìn)行計(jì)數(shù)從而能夠?qū)崿F(xiàn)多位的及較大的脈沖計(jì)數(shù)。 PWM 在開(kāi)關(guān)變化器中被廣泛應(yīng)用，通過(guò)調(diào)節(jié)占空比可以很方便的改變其輸出電壓或者輸出電平穩(wěn)定。 RXD（接收數(shù)據(jù)）是 DTE 從 DCE 接收串行數(shù)據(jù)，該信號(hào)與其他信號(hào)狀態(tài)無(wú)關(guān)。 本地 DCE 已經(jīng)到達(dá)信道，已經(jīng)處于摘機(jī)狀態(tài)，但是不處于測(cè)試，對(duì)話或者撥號(hào)狀態(tài)； 本地 DCE 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了定時(shí)功能； 如 DCE 是 Modem，則 Modem 已經(jīng)開(kāi)始了各自音調(diào)地傳送。二進(jìn)制計(jì)數(shù)制中的每一位 0 和 1，被叫做一個(gè)位。通常不是 8位就是 7位。信號(hào)的長(zhǎng)度可以是 1/600s（ 600 波特率），但是由于一個(gè)唄傳送的狀態(tài)可能超過(guò)兩 2位信息，則位率會(huì)比波特率高。 因?yàn)楫惒酵ㄐ判枰诿恳粋€(gè)字符的首尾加上開(kāi)始和停止校驗(yàn)位，和同步信號(hào)相比，異步通信發(fā)送每一個(gè)文件會(huì)花費(fèi)較多的時(shí)間。 （ 2）產(chǎn)生輸出信號(hào)。實(shí)體用于描述所設(shè)計(jì)的體統(tǒng)的外部接口信號(hào)；構(gòu)造體用于描述系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和行為；包集合存放各設(shè)計(jì)模塊都能共享的數(shù)據(jù)類型、常數(shù)和子程序等；配置用于從庫(kù)中選取所需要單元來(lái)組成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不同版本；庫(kù)存放已編譯的實(shí)體、構(gòu)造體、包集合和配置。 VB 采用的面向?qū)ο蟮木幊谭椒▽?shí)際上就是對(duì)這些對(duì)象的操作，不同的對(duì)象賦予它不同的功能。它被業(yè)界公認(rèn)為是簡(jiǎn)單易于學(xué)習(xí)、易用和設(shè)計(jì)環(huán)境可視化與集成化的優(yōu)點(diǎn)。 （ 5）仿真 仿真功能為設(shè)計(jì)者們提供了驗(yàn)證設(shè)計(jì)邏輯和時(shí)序的正確性的環(huán)境。從圖中我們可以看到直流電機(jī)與 FPGA 芯片有兩個(gè)接口，一個(gè)是 PWM控制輸出控制接口，一個(gè)是霍爾元件計(jì)數(shù)脈沖輸入芯片端口。 綜上我們便將整個(gè)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了規(guī)劃，依據(jù)理論分析我們能夠完整的將整個(gè)計(jì)劃串聯(lián)在一塊，為接下來(lái)的設(shè)計(jì)打下理論上的基石。 我們接下來(lái)分析具體的電機(jī)控制模塊 （ 1）十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 此 模塊擁有三個(gè)輸入和兩個(gè)輸出， clk 輸入端接的是直流電機(jī)的霍爾脈沖輸入， CLR是計(jì)數(shù)清零信號(hào)，當(dāng)從來(lái)認(rèn)為高電平的時(shí)候則計(jì)數(shù)輸出 CQ 值變?yōu)?0000， ENA是使能信號(hào)，當(dāng)為高電平時(shí)候則此模塊開(kāi)始運(yùn)行，輸出 CQ[3..0]是二進(jìn)制輸出從 0000～ 1001 總共十個(gè)數(shù)達(dá)到十進(jìn)制的目的，當(dāng)達(dá)到 1001 時(shí)候 CARRY_OUT 將進(jìn)行一次從低電平到高電平的跳變從而為下一個(gè)模塊提供計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入。 串口通信模塊 串口通信適用于控制計(jì)算機(jī)與串行設(shè)備之間進(jìn)行通信的關(guān)鍵模塊，他可以將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送，也可以將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，我們此次設(shè)計(jì)的這個(gè)模塊是通用異步收發(fā)器，滿足一般的串口功能。波特率發(fā)生器就是專門產(chǎn)生一個(gè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于波特率的本 地時(shí)鐘信號(hào)對(duì)輸入 RXD 不斷平樣，使接收器與發(fā)送器保持同步。 19 圖 34 本章總結(jié) 本章我們主要對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了總體跟細(xì)致的概括，從總體上我們闡述了如何去貫穿方案讓整個(gè)方案行之有效，通過(guò)合理的分析與推測(cè)我 們得出結(jié)論我們的方案是可行的，可以付諸于行動(dòng)的。 （ 3）輸入信號(hào)節(jié)點(diǎn) 在波形編輯窗口左側(cè)欄內(nèi)單擊鼠標(biāo)右鍵，出現(xiàn)浮動(dòng)菜單，選擇“ Insert Note or Bus?”出現(xiàn)“ Insert Note or Bus?”對(duì)話框，點(diǎn)擊“ Node Finder?”按鍵，出現(xiàn)“ Node Finder”對(duì)話框在圖中“ Filter：”選項(xiàng)下選擇管腳類型為“ Pins： all”，然后單擊 List 按鈕，可在左下側(cè)區(qū)域看到設(shè)計(jì)項(xiàng)目中的輸入輸出信號(hào)，單擊按鈕“ = 〉”，將這些信號(hào)選擇到“ Selected Nodes”區(qū)，表示對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)，單擊 OK ，完成信號(hào)的選擇。 比較器 從圖中的可以很明顯的看出 a的 ASCII 碼大于 G 的，輸出低電平， I 的大于 r 的，所以滿足我們的 A大于 B 輸出低電平其他輸出高電平的功能。 在這個(gè)態(tài)勢(shì)仿真的中間我們多次出現(xiàn)莫名其妙的問(wèn)題，例如同樣的程序但是出的結(jié)果就是不一樣，經(jīng)分析我們發(fā)現(xiàn)，我們沒(méi)有注意到模塊變量聲明跟模塊變量聲明是有優(yōu)先級(jí)的，盡管程序中的聲明相同但是若模塊上的聲明發(fā)生變化，那么結(jié)果將會(huì)產(chǎn)生差異。沒(méi)有校驗(yàn)位。最開(kāi)始我們必須將串口打開(kāi)，與關(guān)閉，由于我們采用的是 MSComm control 控件，其中具備打開(kāi)串口的命令。首先了解你的主時(shí)鐘說(shuō)多少，知道你的串口模塊需要設(shè)置多少的波特率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 ，再用主控時(shí)鐘將需要的布特呂進(jìn)行想除得到一個(gè)數(shù)，那么將這個(gè)主控時(shí)鐘進(jìn)行這個(gè)數(shù)的分頻則可以得到你想要的波特率，但是還要提醒的是，經(jīng)過(guò)我在試驗(yàn)中的發(fā)現(xiàn)，不同的電腦會(huì)或多或少波特率有點(diǎn)點(diǎn)差異，還是要進(jìn)行手動(dòng)稍微調(diào)試以保證適合這臺(tái)電腦的波特率。那么我們要求 xmit_cmd_p 這個(gè)脈沖為短脈沖，當(dāng)xmit_cmd_p 為 1時(shí)狀態(tài)轉(zhuǎn)為開(kāi)始狀態(tài)，準(zhǔn)備發(fā)送起始位，當(dāng)進(jìn)入 x_start 則發(fā)送一個(gè)位時(shí)間寬度的邏輯 0 信號(hào)至 TXD，即起始位，緊接著狀態(tài)機(jī)進(jìn)入 x_wait 狀態(tài)， xt16 是 bclk的計(jì)數(shù)器，當(dāng)達(dá)到 16 個(gè) bclk 時(shí)鐘周期則整個(gè)起始位讀取完成，進(jìn)入 x_shift 狀態(tài)，在進(jìn)入到 x_wait 狀 態(tài)，兩狀態(tài)之間每經(jīng)過(guò) 16 個(gè) xt16 時(shí)鐘周期進(jìn)行狀態(tài)跳變，直到 8 位數(shù)據(jù)位被讀取完成最后跳轉(zhuǎn)到停止位進(jìn)入 x_stop狀態(tài)掃描 16個(gè) bclk周期最后返回到空閑狀態(tài)。 23 從圖中我們可以看見(jiàn)整個(gè) 25 個(gè)脈沖都使得輸出為高電平，后面的 25 個(gè)脈沖輸出的是低電平，那么我們就可以得知這是 50 分頻，滿足我們的設(shè)計(jì)需求。 （ 7）觀察仿真結(jié)果 放真波