基于FPGA的脉冲分频技术研究

摘要:为了对运动控制系统中的脉冲进行精确控制以减少累计误差,需要对脉冲进行分、倍频和合成处理。介绍了通用的各种形式分频器的实现方法,给出了在Altera公司的Cyclone II系列EP2C8Q208C8型号FPGA芯片上实现的电路原理图和测试结果,验证了设计的正确性和可行性。由于设计采用了参数化的方法,因此具有广泛的应用价值。

　　1　概述

运动控制系统中经常需要各轴同步联动,采用电子齿轮技术能很好的解决精确控制问题和消除误差,因此具有广泛的应用前景。电子齿轮控制技术:简单的说就是把运动控制系统中的脉冲等控制信号频率进行任意比例的放大或者缩小,并且保证精度,以便系统能进行更广范围的控制,将来扩展功能也会更加的方便,其主要载体是各种步进和伺服电机。

由以上分析可以看出,要在运动控制系统中很好的利用电子齿轮技术,不可避免的要用到脉冲的分、倍频和合成,也即频率合成技术,频率合成技术是对一个或者多个高精准度和高稳定度的基准频率脉冲进行加、减、乘、除四则运算,产生具有同样精准度和稳定度的一个或多个频率信号的技术。该技术已经在现代通讯系统中有了广泛而重要的应用,研究将其运用于运动控制系统中是个不错的探索和尝试。

2　脉冲分频实现方法

分、倍频技术有两类实现方法,利用锁相环的方法和利用硬件电路加软件算法的方法。锁相环方法具有广泛的应用范围,技术也最为成熟, 锁相环技术可以方便的实现时钟的分、倍频, 其主要优点是简化了时钟设计,可以提高器件单位面积效率,并且具有可编程占空比功能, 编程人员可以控制时钟正、负边沿的位置,这样数据可以在时钟的正或负边沿传输,增加了系统的精确性。但是在不能提供锁相环或者需要尽量耗费较少电路资源的场合,利用FPGA进行电子电路设计、仿真和硬件验证时,就需要用到硬件电路加软件算法的方法来分、倍频了,本文主要讨论后一种分、倍频方法。我们也可以把倍频理解成倍率大于1的分频,因此为了表述简便,本文把分、倍频统称为分频。

如果对脉冲的占空比和间隔要求不是很高,可以用脉冲合成技术来产生所需要的脉冲信号。例如时钟基准源为f i = 1024hz,用10位的计数器来产生不同频率的脉冲信号,按需要提取其中的几种来进行叠加,即可构成0到1023pp s范围内连续可调的时钟脉冲输出fo 。原理公式如下:

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[1].EP2C8Q208C8datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/EP2C8Q208C8_2527753.html.