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[導讀]VXI總線是VMEbus eXtensions for Instrumentation 的縮寫。VXI主機箱有13個插槽,其中,零槽控制器為系統(tǒng)的管理者。VXI模塊根據其本身的性質、特點和所支持的通信規(guī)程可以分為寄存器基、消息基、存儲器和擴展模塊四種

VXI總線是VMEbus eXtensions for Instrumentation 的縮寫。VXI主機箱有13個插槽,其中,零槽控制器為系統(tǒng)的管理者。VXI模塊根據其本身的性質、特點和所支持的通信規(guī)程可以分為寄存器基、消息基、存儲器和擴展模塊四種類型。每個模塊的地址空間有A16、A16/A24和A16/A32三種類型。

  VXI總線測試平臺是儀器測量領域的前沿技術,可以靈活地組建自動測試系統(tǒng),其模塊化、靈活性強、即插即用、數字吞吐能力強的特點使VXI總線測試平臺的應用越來越廣泛。

  在自動控制、智能檢測、數字系統(tǒng)故障診斷領域,經常需要非周期性地產生任意編碼的數字序列,作為激勵信號源?;赩XI總線的任意數字信號發(fā)生器,是一個B尺寸、單槽、A16/D16、寄存器基模塊,它能夠產生任意編碼的數字信號,8路數字信號均可獨立地任意編輯,輸出信號最小脈寬為25ns.采用Altera公司的FLEX系列的FPGA,可實現寄存器基接口電路和部分功能電路。用LabWindows/CVI軟件設計了虛擬儀器軟面板,界面友好,操作方便。

  1 系統(tǒng)組成及工作原理

  數字信號發(fā)生器采用VXI總線測試平臺,有8路獨立的輸出信號,均可預先存儲在容量為64K的靜態(tài)存儲器中,可以獨立地編輯各種輸出信號;時鐘頻率最高可達40MHz;輸出信號支持高電平、低電平和高阻態(tài)三種狀態(tài);輸出電平兼容CMOS/TTL電平;輸出信號擺率不超過±5ns;采用可編程分頻器,實現對時鐘的任意分頻;輸出電平脈沖寬度可編程調節(jié)。系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示。

  在PC機上將編輯好的8路波形數據文件和1路三態(tài)控制數據文件分別裝載到64K×8的靜態(tài)存儲器和64K×4的靜態(tài)存儲器中。波形文件的裝載是通過VXI總線的地址譯碼選擇A1~A5中某一配置寄存器的地址,再結合寫操作來完成的。由于VXI總線每進行一次寫操作,都會產生一個低電平有效的脈沖信號LATCH*,LATCH*信號將8路信號的8位編碼波形數據和1位三態(tài)控制數據存入寄存器,當進行下一個寫操作時,完成下8位編碼波形數據和三態(tài)控制數據的裝載,直至所有的波形數據裝載完畢。波形數據文件的裝載在LabWindows/CVI所開發(fā)的驅動程序作用下工作,當系統(tǒng)加電或軟件復位時,16位地址計數器的初始地置為0000H,在16位地址計數器的作用下,能夠實現0000H~FFFFH或任一指定地址范圍的數據加載。

  當驅動程序輸出波形文件時,指定某一起始地址作為16位的地址計數器的當努、當發(fā)出允許輸出信號時,由可編輯分頻器所分頻的時鐘信號同時加到16位地址計數器、輸出觸發(fā)器74ACT11825以及D觸發(fā)器SN74ACT74上,在時鐘信號的作用下,16位地址計數器開始計數。靜態(tài)存儲器采用的是CYPRESS公司的CY74194芯片,從地址有效到數據輸出的最小延遲時間為12ns,存儲器輸出的8路波形數據DAIN[70]和1路三態(tài)控制信號CIN作用在輸出芯片74ACT11825上,如圖2所示。當三態(tài)控制存儲器輸出的信號為低電平時,輸出的波形數據與靜態(tài)存儲器中選通的波形數據;當三態(tài)控制存儲器輸出的信號為高電平時,則74ACT11825的時鐘允許信號線無效,此時的高電平信號經過SN74ACT74觸發(fā)器的輸出端,作用在74ACT11825的輸出使能端上,使輸出信號為高阻態(tài)。

  2 任意可編程分頻器的實現

  任意可編程分頻器是用來實現對40MHz時鐘信號的任意分頻,它實現的分頻值由輸入的初始值d[WIDTH-10]所決定。這里取WIDTH=10,則能實現2~1024的分頻。也可以根據電路的不同要求,選擇不同的WIDTH值,實現不同的分頻。由于采用ALTERA公司的可編程器件,用AHDL硬件語言描述的分頻器代碼如下:

  在MAX PLUS II軟件中進行仿真,設定DATA[70]的值為5,即為5分頻,輸出波形EVEN如圖3所示。

  3 VXI總線接口設計

  采用Altera公司的FLEX系列的EPF10K20RC208-3的FPGA實現寄存器基接口芯片。由于該器件集成度高,可方便地改變邏輯,而且對邏輯設計可事先進行功能模塊和定時模擬,因而使得接口設備更輕松,調試更方便。接口電路實現了如下功能:①內部集成了VXI總線所需的寄存器,由地址信號A1~A5為各個寄存器譯碼分配地址,寄存器類型分別為ID寄存器、儀器類型寄存器、狀態(tài)/控制寄存器、控制寄存器。②數據總線驅動器,其功能為將P1連接器上的16位數據線D0~D15送至模塊內部數據總線DBD~DB15或反之??捎脙蓚€8位三態(tài)雙向緩沖器組成。用READ控制數據傳遞方向,用DBEN*選能。③總線握手控制,其功能為利用P1連接器上的信號控制DS1*、DS0*、WRITE*和地址線譯碼輸出地址信號共同產生DBEN*、LATCH*和DTACK*信號,LATCH*可用來參與選擇模塊內需要寫數據的寄存器。DTACK*信號輸出到P1連接器上,使VXI總線系統(tǒng)能正常工作并按規(guī)定時序讀*寫數據。DBEN*用來控制模塊內地址及數據的有效周期。用AHDL硬件描述語言實現讀狀態(tài)機、寫狀態(tài)機和中斷狀態(tài)機,產生的DBEN*、LATCH*、DTACAK*信號應符合VXI總線系統(tǒng)中數據讀/寫的時序規(guī)范。④譯碼16位VXI總線地址,具有16位數據線的傳送能力,采用LabWindows/CVI軟件,實現對某一地址的讀寫操作,完成波形數據文件的加載、控制波形文件的輸出、停止輸出等操作。


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