【正文】 狀態(tài)，等待下一幀的起始位。 在調試串口這個單元的時候我們首先遇到的問題是沒有將其中的狀態(tài)轉換搞清楚，為了更好的理解清楚的看到其中狀態(tài)的改變，我們調出發(fā)送跟接收模塊的狀態(tài)轉換圖如圖 4圖 43所示。 22 電機使能控制仿真 我們可以從圖中發(fā)現(xiàn)小于 6個時鐘輸入之前 clr 為 0， ena 為 1， load 為 0；當在第6個時鐘時期 clr 為 0， ena 為 0， load 為 1；當為 7 的時候 ena 為 0， load 為 0， clr 為1，正好滿足我們要設計的功能。 （ 4）編輯輸入波形 選中你將要編輯的波形進行單擊，使它變?yōu)樗{色，用設置時鐘的方式設置它，再單擊左側的時鐘設置鍵，在 clock 窗口中設置信號周期占空比等。從細節(jié)上我們對各個模塊所要實現(xiàn)的功能及連接管教進行了初步的預設從而更進一步的促成了整個方案的連貫。 （ 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鐘信號，兩個輸入端一個輸出端，一個 50Mhz 的時鐘 clk 輸入，一個復位高電平復位信號輸入， bclk 則是波特率時鐘信號。 在信號線上會出現(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鐘的輸入，當我們要的到一個 1Mhz 的輸出時候我們將使得輸入 50 個周期的時鐘脈沖沿之后我們輸出一個脈沖這樣就將 50Mhz 分為了 50 份，每份自然就是 1Mhz 了。 14 模塊化分析 直流電機監(jiān)視模塊 電機的轉速通常是指每分鐘的轉速，也就是單位是 rpm，但是實際的測量過程中，為了減少轉速的刷新時間，通常都是 5～ 10秒刷新一次。因此我們必須設計兩個單元去實現(xiàn)脈沖的計數(shù)跟 PWM 波的輸入兩個單元，那么我們接下里就會想到我們該選用什么樣的 PWM 波控制就成了首要的問題。它的仿真包括四個步驟：建立波形輸入文件、設置節(jié)點的驗證時序、設置仿真參數(shù)、運行 Simulator。 Quartus II 軟件的設計流程如圖 圖 25 （ 1）設計輸入 Quartus II 本身具有的編輯器，如原理圖式設計輸入，文本編輯器輸入，和內存編輯輸入。例如，有兩個文本框，一個用于輸入數(shù)據(jù)，一個用于顯示計算后的數(shù)據(jù)，這是兩個不同的對象，完成的功能也不相同，在編程時就需要對其編寫不同的程序代碼，這 種編程的思想和方法就是面向對象的程序設計方法。庫可由用戶生成或由 ASIC 芯片制造商提供，以便于在設計中為大家所共享。輸出信號 由輸出譯碼器根據(jù)當前狀態(tài)和輸入條件決定。 狀態(tài)機的基本結構跟功能 狀態(tài)機是一種時序邏輯電路，它的基本結構邏輯框圖如圖 24 所示。但是要注意的是，無論是波特率還是涉及到一個信號幀內傳送信號 的位速率，因為字符是使用不同速度輸入的，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)送一個字符，就發(fā)送一個組，這個組包括一個起始位一個數(shù)據(jù)位，可選擇的奇偶校驗位，一個或者更多的停止位。每八個位構成一個字節(jié)，因為一個字節(jié)值的范圍從 00000000～ 11111111，也就是十進制的 0～ 255. 在一個字節(jié)中最右面的位被稱為 0位，最左面的位被稱為位 7 位。 請求發(fā)送（ RTS）信號和清除發(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。當沒有載波的時候，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間內，這個信號處于傳號狀態(tài)。 PWM 實現(xiàn)電路控制是比較簡單的，但由于輸出頻率是恒定的，如果開關變換器工作頻率比較高的話，則在輕載或者處于待機狀態(tài)時，開關損耗將極為可觀，造成大量的能耗。 電機原理 直流電機是我們生活中非常常見的的一種電子設備，其結構如下圖 21 所示。 當下通信行業(yè)是一個熱門的行業(yè)，因為在當下數(shù)據(jù)通信，手機的風行，電腦數(shù)據(jù)的遠程傳輸都得用到通信方面的知識，但是當下如何將合適的通信方式跟我們研究的課題集合起來這將成為很重要的問題，對于用到的 FPGA，我們該用怎么樣的 vhdl 語言區(qū)描述這樣的通信原理呢，這些都是將要面臨的問題。通過遠程監(jiān)控可以實現(xiàn)現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)的實時采集和快速總結，獲得現(xiàn)場監(jiān)控數(shù)據(jù)，為遠程故障診斷技術提供了物質基礎；通過遠程監(jiān)控，技術職員無須親臨現(xiàn)場或惡劣的環(huán)境就可以監(jiān)視并控制生產系統(tǒng)和現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)及各種參數(shù)，使受過專業(yè)練習的職員。近年來，電子設計自動化技術和可編程（ pld）技術的發(fā)展非常迅速，在現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計中已經的到了廣泛的應用。法國的 ALARM 研究組對生產過程的智能報警和監(jiān)控系統(tǒng)進行了長期研究，并在多個項目中實施了應用。 最后也是較為普遍的應用就是，遠程監(jiān)控可以很好地為人們帶來很多便利，人們 不用再一直坐在電腦前看一個程序的運行這個漫長的過程，不用再擔心由于疏忽而忘了關閉公司的電源，一切都可以隨身操作，不再受到距離的限制，自然遠程監(jiān)控系統(tǒng)就成了人們關注的重點對象，因此對遠程監(jiān)控的研究迫在眉睫，我們要更好的去了解它，應用它，用好它，尋找更好的辦法去實現(xiàn)它，當下人們較多的都是在應用單片機進行開發(fā)，但是 FPGA 的出現(xiàn)已經為人們帶來了更好的開發(fā)環(huán)境，因此我們將嘗試用 FPGA 技術去完成遠程監(jiān)控的設計，以達到更好的實現(xiàn)遠程監(jiān)控的目的。電腦 PC 界面跟數(shù)碼管同時會將采集的轉速顯示，我們可以根據(jù)自己想要的轉速發(fā)送相應的代碼來實現(xiàn)。結果我們在把程序 載入到芯片后，我們通過 PC 發(fā)送控制信號，使控制信號參與到 PWM 波的生成模塊中實現(xiàn)對電機供電控制，從而控制電機轉速。 第二，為了“走出去”各個大公司絞盡腦汁發(fā)展自己的技術，但是發(fā)現(xiàn)這一套對于發(fā)展海外市場效果甚微，原因在于我國的技術跟國外還是有一定的差距，就算實力相當?shù)菍τ谠絹碓教籼薜念櫩?，我們的品牌怎么才能脫穎而出呢，很多公司選擇了走高質量高服務的的先進道路，陜鼓集團就是一個經典的例子，他是 為冶金， 石化 ，煤化工，電力，國防，環(huán)保等行業(yè)提供大型動力裝備系統(tǒng)問題解決方案的集成商和系統(tǒng)服務商，憑借著對出售出去的設備進行遠程監(jiān)控，確保了售后服務幾乎無差評的良好聲譽，贏得了更多海外客戶的認可躋身于世界 500 強，他們通過遠程控制系統(tǒng)對出售出去的設備進行跟蹤，當出現(xiàn)故障時將在遠程進行診斷操作，第一時間找到問題的關鍵所在，為設備應用企業(yè)節(jié)省了時間同時更為客戶減少了利益損失，陜鼓特色服務因遠程監(jiān)控而特色。很多公司也在他們研發(fā)產品的過程中加入了 Inter 的功能，如 Bentley 公司擁有的計算機在線設備運行監(jiān)測系統(tǒng) DataManager200 可以運用網絡動態(tài)數(shù)據(jù)交換（ NetDDE）的方式向遠程終端發(fā)送設備運行信息；著名的 National Instruments 公司也在他們的產品LabWindows/CVI 和 LabVIEW 中加進了網絡通訊處理模 塊，因此可以通過 WWW、 FTP、 E2mail方式在網絡范圍內進行監(jiān)控數(shù)據(jù)的傳送與接收。 隨著工業(yè)技術的發(fā)展，遠程監(jiān)控系統(tǒng)得到了就搞得需求，再結合了網絡通信技術，以及測控系統(tǒng)之后，人們還將傳感器領域參入了其 中，但是最核心的問題是當下很多開發(fā)的核心都是通過單片機來實現(xiàn)的。 借助于遠程監(jiān)控可以將企業(yè)內部的信息網（ Intra）與控制網有效地連接起來，實現(xiàn)對生產、運營情況的隨時把握，把生產運營狀況同企業(yè)的經營治理策略緊密結合，從而實現(xiàn)企業(yè)的綜合自動化，可以建立網絡范圍內的監(jiān)控數(shù)據(jù)和網上知識資源庫。對于硬件電路我們采用實驗室提供的 FPGA 實驗開發(fā)板，不僅節(jié)省了資金更能為更快地實現(xiàn) 研究的目的節(jié)省巨大的時間。 計數(shù)器是在一個脈沖來到之時進行數(shù)字累加，進行輸出當達到一定的規(guī)定值之后將進行清零并將向下一個模塊發(fā)送一個新的脈沖作為下一個計數(shù)模塊的時鐘輸入進行計數(shù)從而能夠實現(xiàn)多位的及較大的脈沖計數(shù)。 PWM 在開關變化器中被廣泛應用，通過調節(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)，該信號與其他信號狀態(tài)無關。 本地 DCE 已經到達信道，已經處于摘機狀態(tài)，但是不處于測試，對話或者撥號狀態(tài)； 本地 DCE 已經實現(xiàn)了定時功能； 如 DCE 是 Modem，則 Modem 已經開始了各自音調地傳送。二進制計數(shù)制中的每一位 0 和 1，被叫做一個位。通常不是 8位就是 7位。信號的長度可以是 1/600s（ 600 波特率），但是由于一個唄傳送的狀態(tài)可能超過兩 2位信息，則位率會比波特率高。 因為異步通信需要在每一個字符的首尾加上開始和停止校驗位，和同步信號相比，異步通信發(fā)送每一個文件會花費較多的時間。 （ 2）產生輸出信號。實體用于描述所設計的體統(tǒng)的外部接口信號；構造體用于描述系統(tǒng)內部的結構和行為；包集合存放各設計模塊都能共享的數(shù)據(jù)類型、常數(shù)和子程序等；配置用于從庫中選取所需要單元來組成系統(tǒng)設計的不同版本；庫存放已編譯的實體、構造體、包集合和配置。 VB 采用的面向對象的編程方法實際上就是對這些對象的操作，不同的對象賦予它不同的功能。它被業(yè)界公認為是簡單易于學習、易用和設計環(huán)境可視化與集成化的優(yōu)點。 （ 5）仿真 仿真功能為設計者們提供了驗證設計邏輯和時序的正確性的環(huán)境。從圖中我們可以看到直流電機與 FPGA 芯片有兩個接口，一個是 PWM控制輸出控制接口，一個是霍爾元件計數(shù)脈沖輸入芯片端口。 綜上我們便將整個的設計方案進行了規(guī)劃，依據(jù)理論分析我們能夠完整的將整個計劃串聯(lián)在一塊，為接下來的設計打下理論上的基石。 我們接下來分析具體的電機控制模塊 （ 1）十進制計數(shù)器 此 模塊擁有三個輸入和兩個輸出， clk 輸入端接的是直流電機的霍爾脈沖輸入， CLR是計數(shù)清零信號，當從來認為高電平的時候則計數(shù)輸出 CQ 值變?yōu)?0000， ENA是使能信號，當為高電平時候則此模塊開始運行，輸出 CQ[3..0]是二進制輸出從 0000～ 1001 總共十個數(shù)達到十進制的目的，當達到 1001 時候 CARRY_OUT 將進行一次從低電平到高電平的跳變從而為下一個模塊提供計數(shù)時鐘輸入。 串口通信模塊 串口通信適用于控制計算機與串行設備之間進行通信的關鍵模塊，他可以將串行數(shù)據(jù)轉換成并行數(shù)據(jù)進行發(fā)送，也可以將并行數(shù)據(jù)轉換成串行數(shù)據(jù)進行接收，我們此次設計的這個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)生器就是專門產生一個遠遠高于波特率的本 地時鐘信號對輸入 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 本章我們主要對遠程監(jiān)控系統(tǒng)進行了總體跟細致的概括，從總體上我們闡述了如何去貫穿方案讓整個方案行之有效，通過合理的分析與推測我 們得出結論我們的方案是可行的，可以付諸于行動的。 （ 3）輸入信號節(jié)點 在波形編輯窗口左側欄內單擊鼠標右鍵，出現(xiàn)浮動菜單，選擇“ Insert Note or Bus?”出現(xiàn)“ Insert Note or Bus?”對話框，點擊“ Node Finder?”按鍵，出現(xiàn)“ Node Finder”對話框在圖中“ Filter：”選項下選擇管腳類型為“ Pins： all”，然后單擊 List 按鈕，可在左下側區(qū)域看到設計項目中的輸入輸出信號，單擊按鈕“ = 〉”，將這些信號選擇到“ Selected Nodes”區(qū)，表示對這些信號進行觀測，單擊 OK ，完成信號的選擇。 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。 在這個態(tài)勢仿真的中間我們多次出現(xiàn)莫名其妙的問題，例如同樣的程序但是出的結果就是不一樣，經分析我們發(fā)現(xiàn)，我們沒有注意到模塊變量聲明跟模塊變量聲明是有優(yōu)先級的，盡管程序中的聲明相同但是若模塊上的聲明發(fā)生變化，那么結果將會產生差異。沒有校驗位。最開始我們必須將串口打開，與關閉，由于我們采用的是 MSComm control 控件，其中具備打開串口的命令。首先了解你的主時鐘說多少，知道你的串口模塊需要設置多少的波特率進行數(shù)據(jù)傳輸 ，再用主控時鐘將需要的布特呂進行想除得到一個數(shù)，那么將這個主控時鐘進行這個數(shù)的分頻則可以得到你想要的波特率，但是還要提醒的是，經過我在試驗中的發(fā)現(xiàn)，不同的電腦會或多或少波特率有點點差異，還是要進行手動稍微調試以保證適合這臺電腦的波特率。那么我們要求 xmit_cmd_p 這個脈沖為短脈沖，當xmit_cmd_p 為 1時狀態(tài)轉為開始狀態(tài)，準備發(fā)送起始位，當進入 x_start 則發(fā)送一個位時間寬度的邏輯 0 信號至 TXD，即起始位，緊接著狀態(tài)機進入 x_wait 狀態(tài)， xt16 是 bclk的計數(shù)器，當達到 16 個 bclk 時鐘周期則整個起始位讀取完成，進入 x_shift 狀態(tài)，在進入到 x_wait 狀 態(tài)，兩狀態(tài)之間每經過 16 個 xt16 時鐘周期進行狀態(tài)跳變，直到 8 位數(shù)據(jù)位被讀取完成最后跳轉到停止位進入 x_stop狀態(tài)掃描 16個 bclk周期最后返回到空閑狀態(tài)。 23 從圖中我們可以看見整個 25 個脈沖都使得輸出為高電平，后面的 25 個脈沖輸出的是低電平，那么我們就可以得知這是 50 分頻，滿足我們的設計需求。 （ 7）觀察仿真結果 放真波