|
移相電路常用于同步檢測器的數據處理系統中。傳統移相器的實(shí)現方法有多種，大致可分為模擬式和數字式兩類(lèi)。模擬式移相器電路復雜、線(xiàn)性差、精度低；而數字式移相器大多以標準邏輯器件(如中小規模TTL系列、CMOS系列)按傳統數字系統設計方法設計而成，其主要缺點(diǎn)是邏輯規模小、功耗大、可靠性低。本文介紹一種基于在系統可編程邏輯器件實(shí)現的新型可編程數字移相器的設計方案，該移相器移相范圍為0~360°，分辨率為1°，它可以方便地和微處理機及其它設備聯(lián)接，以構成自動(dòng)化同步檢測器數據處理系統。 1 新型數字式移相器的工作原理 圖1為數字移相器的工作原理框圖，其工作原理如下： 輸入信號的頻率為fi，數字鎖相環(huán)被設置在360倍輸入信號頻率上，即鎖相環(huán)輸出頻率為360fi。90分頻器由8421BCD碼計數器構成的模90計數器組成，對鎖相環(huán)輸出信號進(jìn)行計數分頻，并將計數器的輸出以8421BCD碼的形式輸入數值比較器，該信號將和來(lái)自鎖存器的相角碼進(jìn)行比較。相角碼為兩位8421BCD碼，它的值為所需相移角度數對于90求余運算所得的結果。象限碼為所需相移角度數整除90所得的結果，用兩位二進(jìn)制碼表示。象限碼表示相移角所在的象限，其第一到第四象限的象限碼分別表示為00、01、01、11。例如，所需相移角度數為295°，則295-3X90＝25，所以對應的相角碼為00100101，由于相移角位于第四象限，其象碼為11。當計數器計到和相角碼相等時(shí)，比較器輸出"="為"1"電平。 由于鎖相環(huán)的輸出頻率是360fi，計數器工作的每一循環(huán)為除以90，因而在輸入信號的每個(gè)周期內，數值比較器輸出"="為"1"電平的狀態(tài)就出現四次。這樣，通過(guò)移相輸出控制電路，在象限碼的作用下，就可獲得精確的移相信號輸出 。圖1中，移相輸出控制電路除形成移相信號外，還產(chǎn)生計數器復位信號、鎖相環(huán)鑒相器輸入信號，通過(guò)鎖相環(huán)的自動(dòng)調節功能，以保證信號和輸入信號的循環(huán)周期相一致，并和計數器復位信號同相。圖中，譯碼模塊顯示相移角度數。 2 移相器的實(shí)現方法 本設計采用基于芯片的自頂向下的設計方法，除鎖相環(huán)電路及顯示器外，圖１中的其它功能塊均被設計在一片Lattice公司的ispLS1016E中。設計工具選用Lattice公司和Data I/O公司等聯(lián)合設計的ispEXPERT SYSTEM設計應用軟件。該軟件是一套進(jìn)行CPLD設計的高級設計工具，它基于Windows操作系統，支持多種模式設計輸入，如VHDL語(yǔ)言、Verilog語(yǔ)言、ABEL-HDL語(yǔ)言、原理圖等。該軟件支持邏輯功能仿真、器件時(shí)序仿真及邏輯綜合，是一種較為先進(jìn)的CPLD設計系統。在移相器電路設計中，系統頂層設計包括子系統功能分配、內部功能塊的連接和對外的接口關(guān)系，采用原理圖輸入；底層設計既可完全采用VHDL語(yǔ)言或ABEL-HDL語(yǔ)言描述，也可利用ispEXPERT SYSTEM強大的宏庫功能，采用原理圖輸入。圖2為由原理圖輸入方法實(shí)現的移相器輸出控制電路 圖中，D0、D1為兩位象限碼輸入，它們來(lái)自于象限碼鎖存器；A7、A3、A0為89判別標志輸入，它們來(lái)自于模90計數器的輸出端，當A7、A3、A0均為"1"時(shí)，表示一個(gè)計數周期結束，在下一個(gè)計數脈沖來(lái)到時(shí)，計數器應復零；CLK為控制器時(shí)鐘輸入端，CLK來(lái)自于鎖相環(huán)的輸出，它的頻率為360fi；CLK1為移相輸出觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端，該信號來(lái)自于數值比較器的"="輸出端，CLK1的頻率為4fi。電路有三個(gè)輸出端，即R、PD和OUT。其中Ｒ為計數器同步清零信號，PD為鎖相環(huán)鑒相器的輸入信號，這兩路信號為系統內部反饋輸出信號；OUT為移相器的輸出信號，在頂層設計中，必須加緩沖器，鎖定在ispLS1016E的管腳上。 本文介紹的采用在系統可編程邏輯器件設計精密數字移相器的方法，不僅簡(jiǎn)化了硬件的開(kāi)發(fā)和制造過(guò)程，而且使體積大大減小、提高了系統的可靠性。更為重要的是可以在不修改硬件電路的基礎上，通過(guò)修改設計軟件，更改移相范圍以及相移分辨率，就能滿(mǎn)足不同用戶(hù)的需要。 |
