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4.2 上位机应用程序的编写

　　由于设备使用USB接口进行上位机与设备进行通信，所以上位机应用程序要通过USB驱动实现对设备的访问，编写上位机的应用程序符合USB驱动定义的接口规范。一般来说，使用Driver Wizard生成一个驱动工程后，会同时生成一个ioctl.h的文件，这个文件就是建立应用程序和驱动之间的桥梁，它定义了驱动程序的接口，在编写应用程序的时候需要将它引用进去。

　　上位机应用程序整体划分6个区域，视频显示区域、（直接控制）操作区域、MOTOR控制区域、LED控制区域、实时处理（数据）显示区域、状态反馈数据显示区域。

　　本系统人机交互功能在windows平台上使用VC++6.0编译环境设计完成，可以直观显示跟踪对焦过程，并进行简单控制的可视化人眼跟踪控制程序，通过人机界面实现对人眼跟踪系统的完全控制。完成的人机交互界面（上位机应用程序），具体实现代码不再敖述。WDM驱动程序设计

　　PCI总线接口板驱动程序的设计采用CompuwareNumega公司的DriverStudio软件［9］，其设计步骤如下：

　　（1）启动DriverWorks出现Driver Wizard的向导对话框，首先输入轴角数据采集板驱动程序的文件名：

　　MPCI；（2）选择文件的类型，选择其中的WDM项，表示生成WDM类型文件。

　　（3）选择接口板的类型以及填写Device ID和Vend-er ID.在接口板类型项中选择PCI.Device ID和Vend-er ID是设备标识符和销售商标识符，要与PCI接口板中的一致，因此填写“0004”和“1172”作为Device ID和VenderID，Subsystem ID和Revision ID项采用缺省值。

　　由上面的步骤产生的WDM驱动程序的框架代码（Mpci.dsw）需要添加代码，才能完成读。写和控制功能。在VC中打开Mpci.dsw，可以看到它是由两部分组成：一个是用于生成驱动程序的MPCI文件，一个是用于测试驱动程序的TEST-MPCI文件。因为PCI接口板的功能是读取数据，需要添加如下的“读取”控制代码：

　　程序中的I.ReadSize（）=4是指每次读取的字节数是4，即每次读32位数据，PULONG pBuffer=（PULONG）I.

　　BufferedReadDest（）表示通过缓冲区来读写IO.修改好的程序经过编译后，生成Mpci.inf和Mpci.sys文件，存放在 sys\i386的目录下。当把PCI接口板插入计算机后，重新启动计算机，系统显示找到新硬件，按照提示将Mpci.inf和Mpci.sys文件装入。

　　该采集卡用于LabWindows/CVI的虚拟仪器中，在LabWindows/CVI中调用驱动程序的方法如下：

　　图4是显示的采集数据波形，由波形图可以测出轴角编码数据采集系统能够实现实时采集。

　　数字滤波器在通信、自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗、家用电器等众多领域得到了广泛的应用。其中IIR数字滤波器和FIR数字滤波器是目前人们使用较多的两种。数字滤波器通常采用计算机软件、数字滤波器、DSP器件或可编程逻辑器件（如FPGA） 实现。因为，用FPGA实现数字滤波器具有实时性强、灵活性高、处理速度快以及小批量生产成本低等优点，所以得到了较为广泛的应用。本文以巴特沃思数字带通滤波器为例，较为详细地介绍了其设计和实现方法。给定巴特沃兹数字带通滤波器的抽样频率为500Hz，上、下边带截止频率分别为150Hz和30Hz.

　　2.滤波器的系统模型

　　双线性变换法是在低通滤波器的基础上采用频率变换法把低通滤波器转换成所需要滤波器的。据此方法，我们得到如下滤波器的系统模型：

　　3.Matlab仿真

　　针对式（1）所描述的系统模型，利用Matlab软件工具箱函数freqz（b，a，N，Fs）绘制出其幅频特性和相频特性，以检验参数的正确性。该滤波器的幅相频率特性如图1所示。

　　由图1可见，系统的上、下边带分别为150Hz和30Hz，满足系统设计要求。

　　4.FPGA设计

　　4.1 滤波器的结构

　　同一系统函数的IIR滤波器可以用不同的结构来实现，如直接I型、直接II型（典范型）、级联型和并联型。不同的结构有不同的特点，为便于硬件实现及容易确定数据位数，本文选用直接I型这一结构形式。

　　系统的直接I型结构如图2所示。

　　4.2 FPGA主要模块

　　（1）D触发器模块

　　使用D触发器来实现图2中所需的延时功能。每当时钟上升沿到来时，便对输入的数据进行锁存。D触发器可以利用Quartus II软件中LPM宏模块定制实现。

　　（2）乘累加模块

　　由式（1）所描述的滤波器的系统模型，可得所对应的差分方程如下：

　　乘累加模块承担式（2）中乘累加的计算工作。

　　5.系统框图及实验波形图

　　利用数字滤波器实现模拟信号滤波的系统结构框图如图3所示。

　　模拟输入信号经A/D转换器转换为数字信号，用FPGA数字滤波器进行滤波处理，再经D/A转换器转换为模拟输出信号，完成模拟信号的滤波处理。FPGA芯片采用的是Cyclone II系列EP2C5T144C8型FPGA.A/D和D/A转换器采用的康芯高速ADC/DAC模块。

　　输入峰峰值为5V的正弦信号，周期分别为10Hz、100Hz和200Hz，经滤波系统处理后所得输出信号波形分别如图4、5、6所示，输出信号幅度分别为400mV、2.32V、1.2V.研究一种基于PCI软核的轴角编码数据采集系统，实现伺服系统角度位置量的实时测控。采用FPGA器件实现PCI接口逻辑。FIFO存贮单元及轴角转换控制逻辑，采用旋转变压器-数字转换模块实现高速轴角转换，并设计了相应地WDM驱动程序。采集板应用于LabWindows的测控系统中，数据采样速率达到27 r/s，数据传输速率达到132 MB/s.

　　0引言

　　在工业控制伺服设备中，实现角度位置量的实时测量和控制是关键性的技术。轴角转换模块是一种角度量/数字转换器，其功能是将旋转变压器及自整角机的模拟信号转换为数字信号，与普通的A/D编码相比，轴角编码采用正、余信号进行编码，抗干扰能力强及转换速度快。随着FPGA技术的发展，在FPGA上能够实现PCI接口。存贮器及逻辑控制功能。由于FPGA具有灵活的可编程性的优点，PCI接口可以依据插卡功能进行优化，而不必实现所有的PCI功能，这样可以节约系统的逻辑资源，实现紧凑的系统设计。本文介绍采用轴角转换器及Altera公司的FPGA器件实现角度量高速采集的PCI接口板的方法。

　　1系统硬件设计

　　轴角数据采集卡主要由轴角转换器件（RDC转换器）。FPGA器件EPF10K30组成。其功能框图如图1所示，输入的旋转变压器的正弦。余弦信号经 RDC转换器转换为数字量，输出精度为14位；FPGA实现PCI总线接口功能以及控制逻辑功能，内部主要由PCI_MT32宏单元及FIFO存贮器组成。

　　RDC转换器实现旋转变压器信号到数字的转换，其工作原理是旋转变压器输出的正。余弦信号幅度调制信号，角度量信息包含在正弦波的幅度里，并定义：

　　式中VX（t）和VY（t）代表正弦。余弦信号，其振幅分别为KX Eo cosθ和KY Eo sinθ。在振幅表达式中，只有sinθ和cosθ变化；基准振幅Eo和增益因数KX ，KY都是常数。

　　在交流信号中，正。余弦信号幅度之比载送角度量信息，即式（1）与式（2）之比：

　　由式（3）中的正切函数tanθ得到角度量。在RDC转换器中，采用连续跟踪式转换方式，其转换时序如图2所示，其中“BUSY”是转换器“忙”信号，“DATA”是数据信号。当“BUSY”信号为高电平时，转换器处于跟踪转换状态，数据信号“DATA”处于不稳定的变化状态；当“BUSY”信号为低电平时，表示转换结束，数据信号“DATA”处于稳定状态，可以进行读取操作。为了实现对角度量的连续采集，根据转换器的时序关系，用FPGA设计一个 FIFO存贮器，用忙信号的下降沿触发保存数据。EPF10K30片内带有12 288位的存贮单元，可以由用户设计成ROM.RAM或FIFO型存贮器。利用参数化双时钟FIFO宏单元LPM_FIFO_DC，设计数据宽度（LPM_WIDTH）为14位，存贮数据量（LPM_NUM-WORDS）为64的双时钟FIFO存贮器，由于数据的读。写由时钟的上升沿控制，所以转换器的忙信号经反向后作为写入时钟信号（wrclock），读时钟（rdclock）。读。写请求信号及清除信号，由计算机通过PCI接口控制。

　　电子设计创新企业Cadence设计系统公司（NASDAQ： CDNS）今天宣布已收购美商传威（TranSwitchCorp.）公司高速接口IP资产，并雇用其经验丰富的IP开发团队，更进一步扩大Cadence快速发展的IP产品阵容。这项交易包括通过芯片验证的控制器，以及符合Ethernet BaseT和HDMI、DisplayPort和MHL等显示器标准的PHY IP。

　　亮点：

　　· TranSwitch是一家成熟企业，提供已在产品上得到验证的HDMI、DisplayPort、MHL和Ethernet BaseT IP，拥有包括系统与半导体行业企业在内的广泛的客户群体。

　　· 高速双模HDMI及DisplayPort控制器和PHY增强了Cadence的移动与消费电子产品阵容

　　· 通过验证的10/100Mbps和1Gbps以太网IP，搭配Cadence业界的Ethernet MAC，形成了业界消费电子应用的Ethernet BaseT IP解决方案

　　“移动和消费电子市场是当前IP市场的关键推动因素，”Cadence IP集团副总裁Martin Lund表示，“这项重要IP资产及其开发团队的加入，增强了Cadence在这些细分市场的IP产品组合，并让Cadence能在Ethernet和DisplayPort品类上提供差异化的产品。”

　　收购工作现已完成，并且预期不会对Cadence资产负债表或2014财年或第一季的运营造成太大影响。这项交易的条件并未披露。

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