2CPLD功能實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)采用3片XC95108分別實(shí)現(xiàn)6個(gè)通道旋轉(zhuǎn)編碼器的編碼計(jì)數(shù)以及與PC計(jì)算機(jī)的接口。這里主要介紹一個(gè)通道的編碼計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)。CPLD功能實(shí)現(xiàn)根據(jù)支持軟件的不同可選擇采用原理圖方式、VHDL編程以及兩者混合使用三種模式，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用VHDL語(yǔ)言編程方式。
為了確保旋轉(zhuǎn)編碼器的編碼精度，采用對(duì)輸出信號(hào)A、B的各沿進(jìn)行編碼計(jì)數(shù)方式，這意味著要提取輸出信號(hào)A、B的各個(gè)跳變，圖7是一種跳變檢測(cè)電路的原理圖，相對(duì)應(yīng)的VHDL編程如下。
根據(jù)A，B變化前后的狀態(tài)，可以得到旋轉(zhuǎn)方向、變即計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)方向Dire。從而可以有下列計(jì)數(shù)程序。
這樣就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)通道的編碼計(jì)數(shù)。
3系統(tǒng)的控制軟件設(shè)計(jì)
3.1虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序
應(yīng)用系統(tǒng)要使用該采集卡，必須要有相應(yīng)的軟件支持，這各支持可以是直接將復(fù)雜的控制方式告訴用戶，讓用戶直接對(duì)該卡操作，這樣大大增加了程序的復(fù)雜性，也可以采用動(dòng)態(tài)連接庫(kù)的方式，這里該系統(tǒng)提供了虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的接口方式。
對(duì)于不同的工作平臺(tái)，可以有不同的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序模型，對(duì)于Windows9x可以為VxD，對(duì)于Windows2000為WDM，對(duì)于Windows98既可以是VxD，也可以是WDM。而編寫(xiě)的方式和借助的工具也各不相同。對(duì)于編寫(xiě)VxD可以借助于VtoolsD 對(duì)于編寫(xiě)WDM可以借助于DriverWorks 或者直接用Microsoft DDK(Windows9x和Windows2000均可)�，F(xiàn)以編寫(xiě)VxD為例，簡(jiǎn)述本系統(tǒng)的虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)。
VxD是Vixtual x Device的簡(jiǎn)寫(xiě)，此處x表示Something。但VxD的功能遠(yuǎn)非僅僅虛擬某個(gè)硬件設(shè)備。有些VxD確實(shí)用來(lái)虛擬設(shè)備，而有些雖然用作驅(qū)動(dòng)程序，卻并不虛擬任何設(shè)備。而另外有些VxD只是給其他應(yīng)用程序或VxD提供服務(wù)。不管如何，它的作用在于對(duì)Windows操作系統(tǒng)的功能進(jìn)行擴(kuò)展。開(kāi)發(fā)VxD常用的方法是用匯編語(yǔ)言，或者用匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言混合編程，而本設(shè)計(jì)借助于Compuware推出的VtoolsD，從編寫(xiě)、編譯VxD到應(yīng)用程序調(diào)用VxD都不涉及匯編語(yǔ)言，直接用C++語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)。思路如下：
(1)運(yùn)用VtoolsD的QuickVxd，快速生成VxD基本框架。在“Device Parameters”欄填上VxD的名稱(要遵循C語(yǔ)言規(guī)則)，本研究中設(shè)為SJCJ。為了能將該軟件動(dòng)態(tài)加載，注意選中Dynamically Loadable。對(duì)VxD有動(dòng)態(tài)加載和靜態(tài)加載方法。動(dòng)態(tài)加載是由應(yīng)用程序或別的VxD來(lái)加載，而靜態(tài)加載是在Windows初始化時(shí)加載，直至Windows結(jié)束運(yùn)行時(shí)才卸載。如果VxD(如本例)是為某些特定應(yīng)用程序服務(wù)，則最好不要靜態(tài)加載，因?yàn)楫?dāng)應(yīng)用程序不調(diào)用它時(shí)，它所占的那部分內(nèi)存就浪費(fèi)了。為了能向Win32應(yīng)用程序提供服務(wù)，控制消息W32-DEVICEIOCONTROL應(yīng)選中。在“Output Files”欄選擇輸出地址目錄，輸出SJCJ.h文件、SJCJ.cpp文件和SJCJ.mak文件。
(2)根據(jù)需要在SJCJ.h和SJCJ.cpp添加相應(yīng)的類和函數(shù)(SJCJ.mak用來(lái)指導(dǎo)編譯程序?qū)υ闯绦蜻M(jìn)行編譯，不要變更)，其添加規(guī)則與C++的規(guī)則完全一樣。本程序所要實(shí)現(xiàn)的是要對(duì)某個(gè)指定的I/O端口進(jìn)行完全監(jiān)視，并且采集相關(guān)數(shù)據(jù)，所以另外添加了一些與相關(guān)的類和函數(shù)。
3.2應(yīng)用程序?qū)xD的調(diào)用
按照傳統(tǒng)方法，調(diào)用VxD一般要用匯編語(yǔ)言，但通過(guò)W32-DEVICEIOCONTROL控制消息，可以實(shí)現(xiàn)Win32API對(duì)VxD的直接調(diào)用。剛才在Quick Vxd中已將該消息選中，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)加載Virtual DWORD OnW32DeviceIoControl函數(shù)，該函數(shù)用來(lái)處理Win32API的調(diào)用問(wèn)題。換言之，當(dāng)Win32應(yīng)用程序加載VxD、調(diào)用W32 DeviceIocontrol API以及卸載VxD時(shí)，將觸發(fā)函數(shù)OnW32DeviceIoControl，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。Win32應(yīng)用程序通過(guò)調(diào)用函數(shù)CreateFile可以調(diào)用SJCJ.VxD;通過(guò)調(diào)用函數(shù)CloseHandle可以卸載SJCJ.VxD。
4調(diào)試結(jié)果
多通道旋轉(zhuǎn)編碼器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成后，先后在不同的系統(tǒng)中進(jìn)行了應(yīng)用測(cè)試，取得了較好的實(shí)際效果。下面該系統(tǒng)應(yīng)用于“具有交叉支撐的三大件轉(zhuǎn)向架的平面形位偏差”測(cè)試為例作簡(jiǎn)要說(shuō)明。
鐵路車輛應(yīng)用具有交叉支撐的三大件轉(zhuǎn)向架后，左右側(cè)架被彈性固定。由于各種因素，不可能使左右側(cè)架完全正位。從而使實(shí)際導(dǎo)框的中心與名義中心不一致。雖然輪對(duì)的承載鞍與導(dǎo)框間有間隙，但由于摩擦力巨大，輪對(duì)不能輕易活動(dòng)，導(dǎo)框的實(shí)際中心的偏差會(huì)造成輪對(duì)的平均(統(tǒng)計(jì)概率)定位中心的偏差。研究表明這種偏差會(huì)不同程序地影響車輛的線路上的運(yùn)行狀態(tài)，引起轉(zhuǎn)向架的不對(duì)稱磨耗，實(shí)際情況下我們用軸距偏差、對(duì)角線偏差等來(lái)控制轉(zhuǎn)向架的正位狀態(tài)。
為此采用機(jī)械結(jié)構(gòu)結(jié)合多個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器來(lái)測(cè)量軸距偏差、對(duì)角線偏差等來(lái)控制轉(zhuǎn)向架的正位狀態(tài)。
為此采用機(jī)械結(jié)構(gòu)結(jié)合多個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器來(lái)測(cè)量軸距偏差、對(duì)角線偏差，從而保證將這些偏差控制在一定范圍內(nèi)，減少轉(zhuǎn)向架的不對(duì)稱磨耗。該系統(tǒng)選用10個(gè)日本光洋公司出產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器TRD-N-RZ2000，旋轉(zhuǎn)一周能產(chǎn)生2000個(gè)方波，而且最大的響應(yīng)頻率達(dá)到100kHz。該系統(tǒng)用兩塊多通道旋轉(zhuǎn)編碼器數(shù)據(jù)采集卡，同時(shí)采集10個(gè)計(jì)數(shù)值。使用表明，可以很好的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的要求，采集數(shù)據(jù)誤差為±1，即測(cè)量精度為360°/8000。
5結(jié)論
采用CPLD技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)多通道編碼器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是切實(shí)可行的，由于采用了ISP和JTAG技術(shù)，修改和編程都很方便，所以通過(guò)對(duì)程序的修改，可以使該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)適合于多種編程方式的編碼器，從而使該系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合更加廣泛。
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