2CPLD功能實現(xiàn)
系統(tǒng)采用3片XC95108分別實現(xiàn)6個通道旋轉編碼器的編碼計數(shù)以及與PC計算機的接口。這里主要介紹一個通道的編碼計數(shù)實現(xiàn)。CPLD功能實現(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)設計采用VHDL語言編程方式。
為了確保旋轉編碼器的編碼精度，采用對輸出信號A、B的各沿進行編碼計數(shù)方式，這意味著要提取輸出信號A、B的各個跳變，圖7是一種跳變檢測電路的原理圖，相對應的VHDL編程如下。
根據(jù)A，B變化前后的狀態(tài)，可以得到旋轉方向、變即計數(shù)器計數(shù)方向Dire。從而可以有下列計數(shù)程序。
這樣就實現(xiàn)了一個通道的編碼計數(shù)。
3系統(tǒng)的控制軟件設計
3.1虛擬設備驅動程序
應用系統(tǒng)要使用該采集卡，必須要有相應的軟件支持，這各支持可以是直接將復雜的控制方式告訴用戶，讓用戶直接對該卡操作，這樣大大增加了程序的復雜性，也可以采用動態(tài)連接庫的方式，這里該系統(tǒng)提供了虛擬設備驅動程序的接口方式。
對于不同的工作平臺，可以有不同的設備驅動程序模型，對于Windows9x可以為VxD，對于Windows2000為WDM，對于Windows98既可以是VxD，也可以是WDM。而編寫的方式和借助的工具也各不相同。對于編寫VxD可以借助于VtoolsD 對于編寫WDM可以借助于DriverWorks 或者直接用Microsoft DDK(Windows9x和Windows2000均可)。現(xiàn)以編寫VxD為例，簡述本系統(tǒng)的虛擬設備驅動程序的編寫。
VxD是Vixtual x Device的簡寫，此處x表示Something。但VxD的功能遠非僅僅虛擬某個硬件設備。有些VxD確實用來虛擬設備，而有些雖然用作驅動程序，卻并不虛擬任何設備。而另外有些VxD只是給其他應用程序或VxD提供服務。不管如何，它的作用在于對Windows操作系統(tǒng)的功能進行擴展。開發(fā)VxD常用的方法是用匯編語言，或者用匯編語言和C語言混合編程，而本設計借助于Compuware推出的VtoolsD，從編寫、編譯VxD到應用程序調用VxD都不涉及匯編語言，直接用C++語言來實現(xiàn)。思路如下：
(1)運用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語言規(guī)則)，本研究中設為SJCJ。為了能將該軟件動態(tài)加載，注意選中Dynamically Loadable。對VxD有動態(tài)加載和靜態(tài)加載方法。動態(tài)加載是由應用程序或別的VxD來加載，而靜態(tài)加載是在Windows初始化時加載，直至Windows結束運行時才卸載。如果VxD(如本例)是為某些特定應用程序服務，則最好不要靜態(tài)加載，因為當應用程序不調用它時，它所占的那部分內(nèi)存就浪費了。為了能向Win32應用程序提供服務，控制消息W32-DEVICEIOCONTROL應選中。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添加相應的類和函數(shù)(SJCJ.mak用來指導編譯程序對源程序進行編譯，不要變更)，其添加規(guī)則與C++的規(guī)則完全一樣。本程序所要實現(xiàn)的是要對某個指定的I/O端口進行完全監(jiān)視，并且采集相關數(shù)據(jù)，所以另外添加了一些與相關的類和函數(shù)。
3.2應用程序對VxD的調用
按照傳統(tǒng)方法，調用VxD一般要用匯編語言，但通過W32-DEVICEIOCONTROL控制消息，可以實現(xiàn)Win32API對VxD的直接調用。剛才在Quick Vxd中已將該消息選中，系統(tǒng)就會自動加載Virtual DWORD OnW32DeviceIoControl函數(shù)，該函數(shù)用來處理Win32API的調用問題。換言之，當Win32應用程序加載VxD、調用W32 DeviceIocontrol API以及卸載VxD時，將觸發(fā)函數(shù)OnW32DeviceIoControl，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。Win32應用程序通過調用函數(shù)CreateFile可以調用SJCJ.VxD;通過調用函數(shù)CloseHandle可以卸載SJCJ.VxD。
4調試結果
多通道旋轉編碼器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成后，先后在不同的系統(tǒng)中進行了應用測試，取得了較好的實際效果。下面該系統(tǒng)應用于“具有交叉支撐的三大件轉向架的平面形位偏差”測試為例作簡要說明。
鐵路車輛應用具有交叉支撐的三大件轉向架后，左右側架被彈性固定。由于各種因素，不可能使左右側架完全正位。從而使實際導框的中心與名義中心不一致。雖然輪對的承載鞍與導框間有間隙，但由于摩擦力巨大，輪對不能輕易活動，導框的實際中心的偏差會造成輪對的平均(統(tǒng)計概率)定位中心的偏差。研究表明這種偏差會不同程序地影響車輛的線路上的運行狀態(tài)，引起轉向架的不對稱磨耗，實際情況下我們用軸距偏差、對角線偏差等來控制轉向架的正位狀態(tài)。
為此采用機械結構結合多個旋轉編碼器來測量軸距偏差、對角線偏差等來控制轉向架的正位狀態(tài)。
為此采用機械結構結合多個旋轉編碼器來測量軸距偏差、對角線偏差，從而保證將這些偏差控制在一定范圍內(nèi)，減少轉向架的不對稱磨耗。該系統(tǒng)選用10個日本光洋公司出產(chǎn)的旋轉編碼器TRD-N-RZ2000，旋轉一周能產(chǎn)生2000個方波，而且最大的響應頻率達到100kHz。該系統(tǒng)用兩塊多通道旋轉編碼器數(shù)據(jù)采集卡，同時采集10個計數(shù)值。使用表明，可以很好的實現(xiàn)系統(tǒng)的要求，采集數(shù)據(jù)誤差為±1，即測量精度為360°/8000。
5結論
采用CPLD技術來實現(xiàn)多通道編碼器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是切實可行的，由于采用了ISP和JTAG技術，修改和編程都很方便，所以通過對程序的修改，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)的應用場合更加廣泛。
參考文獻
1朱明程.XILINX數(shù)字系統(tǒng)現(xiàn)場集成技術.南京：東南大學出版社
2徐志軍等.CPLD/FPGA的開發(fā)與應用.北京：電子工業(yè)出版社
3楊全勝等.現(xiàn)代微機原理與接口技術.北京：電子工業(yè)出版社
4KAREN HAZZAH.Writing Windows VxDs and Device Driver 孫喜明譯.北京：中國電力出版社
5楊強，李堂秋.Win9x虛擬設備驅動程序編程指南.北京：清華大學出版社
