第10章++车载DVD位控系统的设计与.ppt

第10章车载DVD位控系统的设计与分析,10.1系统设计要求10.2系统设计方案10.3主要VHDL源程序10.4系统仿真/硬件验证10.5设计技巧分析10.6系统扩展思路,10.1系统设计要求,根据某车载移动DVD产品机械操作分析结果的要求，具体设计如下：(1)OPEN_CLOSE操作：当系统测试到有一个OPEN_CLOSE高电平信号时，系统就驱动马达1(MOTOR11端)，显示屏从机盒内伸出，距离为142mm，时间为3s。水平移动到指定位置后，关断马达信号MOTOR11。,(2)自测向上翻转操作(此操作只在正常开机或关机时使用)：开机时显示屏从机内伸出，到达指定位置，从传感器SENSOR1返回一信号，则开通信号MOTOR21，马达运行时间为3s，向上翻转110，从传感器SENSOR2返回的信号表明到达指定位置，切断MOTOR21信号。开机过程完成。(3)关机操作：当OPEN_CLOSE为低电平时，系统通过相应的处理模块检测到显示屏所在位置，然后做出相应对策。向下翻转至水平位置后，水平缩进机内。,(4)角度调整与水平位置调整操作(TILT调节操作)：如果TILT信号为高电平，系统先测试其为高电平的时间宽度。若为2s时，则调节水平位置，共三个位置，相邻位置间隔为1.5cm；若小于2s时，则调节角度，共三个角度调节位置，相邻角度大小为15。(5)异常情况处理(异常情况就是在某一运行过程，由于人为地阻止显示屏的正常移动，从而造成长时间的马达过载异常)：由实际情况进行判断，如果是异常情况，则关断马达信号并报警出错；等待OPEN_CLOSE低电平的到来，然后返回机盒内。,(6)位置识别、异常情况判断、状态显示、时间显示：在系统对马达进行驱动控制时，都要进行位置识别、异常情况判断，并把检测到的信号通过状态显示模块处理输出。在每一运行过程，输出模块均把此时的时间显示出，最小时间单位为1s。根据以上各种操作及要求，我们可得到各种操作的状态转换图如图10.1所示，系统的有关控制时序如图10.2和图10.3所示。,图10.1各种操作的状态转换图,图10.2行走(142mm3s)与翻转(1203s)控制时序图,图10.3角度调整和水平位置调整控制时序图,图10.2和图10.3中的信号说明如下：OPEN/CLOSE：外部开关操作输入信号；TILT：角度调整和水平位置调整信号输入端；P00/IC2.6，P01/IC2.5，P02/IC1.6，P03/IC1.5：驱动信号，高电平有效；M1.1，M1.2：行走马达控制信号，高电平有效，电压为9V；M2.1，M2.2：翻转马达控制信号，高电平有效，电压为9V；Sensor1，Sensor2：分别为行走马达和翻转马达的返回电压信号，系模拟信号。,10.2系统设计方案,10.2.1系统的总体结构设计根据系统的设计要求，我们可得到移动DVD位控系统DVDWKXT的输入和输出接口如图10.4所示。图中的信号说明如下：CLKIN：外部时钟端输入，8MHz晶振；OPEN_CLOSE：外部开关操作输入电平信号；,TILT：外部输入位置调节信号；DATA：8位传感器返回数据；ADCABC00：传感器通道选择信号输出；ADCCLK：模拟转换器的时钟信号；EOC,OP,READ,WRITE：ADC0809的控制信号；MOTOR11_OUT,MOTOR12_OUT,MOTOR21_OUT,MOTOR22_OUT：驱动马达控制信号；,DS_TIME,DS_UNIT：时间及单位输出信号；ERROR00,GOOD00：异常，正常输出信号；V_POS1,V_POS2,V_POS3：水平位置输出信号；H_POS1,H_POS2,H_POS3：角度位置输出信号。根据实际要求，上面的各个信号输出为TTL标准电平，输出电流约为510mA。,图10.4DVDWKXT的输入和输出接口图,经过对系统的设计要求进行分析，我们可将整个系统分为7个模块：分频模块FINI、OPEN_CLOSE操作模块OPEN_OP、TILT操作模块TILT_OP、位置判断模块POS_DIFF、异常判断及处理模块ABN_DIFF、判断输出模块OUTPUT、时间及位置显示模块DISPLAY。整个系统的组成框图如图10.5(略）所示。,10.2.2系统内各模块的设计分频模块FINI：其功能为对外部输入时钟进行分频，得到周期为1.5ms计数器，并根据反馈信号TIME_S对计时器进行清零。其输入输出接口如图10.6所示，图中的CLKIN为外部时钟输入，TIME_S为定时器清零信号。,图10.6分频模块FINI输入输出接口图,OPEN_CLOSE操作模块OPEN_OP：其功能为根据反馈的数据和相关的信号，做出具体的马达控制输出。其输入输出接口如图10.7所示，图中的信号TILT_BCD、TILT_FGH为从TILT模块返回的控制信号，TIME_S是内部计时器的清零信号，ERROR0为异常警告信号。,图10.7OPEN_CLOSE操作模块OPEN_OP输入输出接口图,TILT操作模块TILT_OP：其功能为根据反馈的数据和相应的信号，做出具体的马达控制输出。其输入输出接口如图10.8所示，图中的信号TILT_BCD0、TILT_FGH0为小范围内调整控制信号，ADCABCP5是ADC0809通道选通信号。,图10.8TILT操作模块TILT_OP输入输出接口图,位置判断模块POS_DIFF：其功能为对每个周期内的移动显示屏的位置进行判断，并把信号输出。其输入输出接口如图10.9所示，图中的VPA、VPB、VPC、VPD、HPE、HPF、HPG、HPH、VPAB、VPBC、VPCD、HPEF、HPFG、HPGH为输出位信号。,异常判断及处理模块ABN_DIFF：其功能为在每一个周期内对系统的运行异常情况判断，并把信号输出。针对不同的位置，在相应的操作里，设定的时间内，如没有到达规定的位置，则判断为异常，并关断马达的运行。其输入输出接口如图10.10所示。,图10.9位置判断模块POS_DIFF输入输出接口图,图10.10异常判断及处理模块ABN_DIFF输输出接口图,判断输出模块OUTPUT：其功能为根据以上模块的各判断输出信号，进行再次判断，并输出到外部。由以上模块进行操作，得到不同的信号，从而进行输出控制；主要是针对模拟通道的选择，以及对马达1和马达2的控制。其输入输出接口如图10.11所示。,图10.11判断输出模块OUTPUT输入输出接口图,时间及位置显示模块DISPLAY：其功能为对外显示每一移动过程所用时间。其输入输出接口如图10.12所示，图中的DS_TIME、DS_UNIT为输出时间及时间单位。由于输出为TTL标准电平，因此外部需要附加七段码驱动芯片，本设计拟用74ALS244。,图10.12时间及位置显示模块DISPLAY输入输出接口图,10.3主要VHDL源程序,-DVDWKXT.VHDLIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;,-定义一个实体ENTITYDVDWKXTISPORT(CLKIN:INSTD_LOGIC;-外部时钟输入端OPEN_CLOSE,TILT:INSTD_LOGIC;DATA:INSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);-传感器返回位置数据ADCABC00:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);-选择模拟转换通道ADCCLK:OUTSTD_LOGIC;,EOC,READ,WRITE,OP:OUTSTD_LOGIC;-ADC0809控制端MOTOR11_OUT,MOTOR12_OUT:OUTSTD_LOGIC;-马达TTL电平控制端MOTOR21_OUT,MOTOR22_OUT:OUTSTD_LOGIC;-马达TTL电平控制端DS_TIME,DS_UNIT:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);-显示时间ERROR00,GOOD00:OUTSTD_LOGIC;-异常情况输出端V_POS1,V_POS2,V_POS3:OUTSTD_LOGIC;-水平位置信号H_POS1,H_POS2,H_POS3:OUTSTD_LOGIC);-翻转角度信号ENDENTITYDVDWKXT;,ARCHITECTUREARTOFDVDWKXTISSIGNALCOUNT:STD_LOGIC_VECTOR(16DOWNTO0);-分频SIGNALTIME00:STD_LOGIC_VECTOR(12DOWNTO0);-计数器SIGNALV_POSTIONP2,H_POSTIONP2:STD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);SIGNALV_POSTIONP3,H_POSTIONP3:STD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);SIGNALV_POSTIONP4,H_POSTIONP4:STD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);SIGNALV_POSTIONP5,H_POSTIONP5:STD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);,-上面四个语句均为位置寄存器SIGNALADIVIDER,TIME_S:STD_LOGIC;SIGNALMOTOR11P2,MOTOR12P2,MOTOR21P2,MOTOR22P2:STD_LOGIC;SIGNALMOTOR11P5,MOTOR12P5,MOTOR21P5,MOTOR22P5:STD_LOGIC;SIGNALMOTOR11P4,MOTOR12P4,MOTOR21P4,MOTOR22P4:STD_LOGIC;SIGNALERROR0,GOOD0:STD_LOGIC;-异常情况寄存器SIGNALADCABCP2,ADCABCP5:STD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);-通道选择寄存器SIGNALVPA,VPB,VPC,VPD:STD_LOGIC;-水平位置信号标志SIGNALHPE,HPF,HPG,HPH:STD_LOGIC;-角度位置标志SIGNALVPAB,VPBC,VPCD:STD_LOGIC;SIGNALHPEF,HPFG,HPGH:STD_LOGIC;SIGNALTILT_BCD,TILT_FGH:STD_LOGIC;-TILT信号判断标志SIGNALVC_VD,VD_VB,VB_VC:STD_LOGIC;-位置常量标志SIGNALHF_HG,HG_HH,HH_HF:STD_LOGIC;-位置常量标志,CONSTANTVA:INTEGER:=20;CONSTANTVB:INTEGER:=180;CONSTANTVC:INTEGER:=210;CONSTANTVD:INTEGER:=240;CONSTANTHE:INTEGER:=20;CONSTANTHF:INTEGER:=180;CONSTANTHG:INTEGER:=210;CONSTANTHH:INTEGER:=240;,BEGIN-程序初始化EOC=ADIVIDER;READ=NOT(ADIVIDER);WRITE=NOT(ADIVIDER);OP=NOT(ADIVIDER);ADCCLK=NOT(ADIVIDER);ERROR00=ERROR0;GOOD00=GOOD0;-DIVIDERFREQUENCY分频子进程P1:PROCESS(CLKIN)IS,BEGINIF(CLKINEVENTANDCLKIN=1)THENCOUNT=COUNT+1;ENDIF;IF(COUNT=11111111111111111)THENADIVIDER=1;ELSEADIVIDER=0;ENDIF;IF(TIME_S=1)THENIF(ADIVIDER=1)THEN,TIME00=TIME00+1;ENDIF;ELSIF(TIME_S=0)THEN-对计数器清零TIME00=0000000000000;ENDIF;ENDPROCESSP1;-执行OPEN_CLOSE操作P2:PROCESS(ADIVIDER,OPEN_CLOSE,ERROR0,TILT)IS,VARIABLEV_POSTION2,H_POSTION2:INTEGERRANGE256DOWNTO1;BEGINIF(OPEN_CLOSE=1ANDERROR0=0ANDTILT_BCD=0ANDTILT_FGH=0ANDGOOD0=0)THEN-正常情况下出盒ADCABCP2=VAANDV_POSTION2VBANDADCABCP2=000)THEN,MOTOR11P2=VBANDADCABCP2=000)THENMOTOR11P2=0;ADCABCP2=001;TIME_S=0;H_POSTIONP2=HEANDH_POSTION2=HFANDADCABCP2=001)THENMOTOR21P2=0;TIME_S=0;GOOD0=1;ENDIF;-出盒操作完成ENDIF;,IF(OPEN_CLOSE=0ANDERROR0=0ANDTILT_BCD=0ANDTILT_FGH=0ANDGOOD0=1)THEN-回盒条件成立ADCABCP2HEANDH_POSTION2=HHANDADCABCP2=001)THENMOTOR22P2=1;ENDIF;,IF(H_POSTION2VAANDV_POSTION2=VDANDADCABCP2=000)THEN,MOTOR12P2=1;-水平回盒ENDIF;IF(V_POSTION2=VAANDADCABCP2=000)THENMOTOR12P2=0;TIME_S=0;GOOD0=0;ENDIF;ENDIF;ENDPROCESSP2;,-位置判断子进程P3:PROCESS(ADIVIDER)ISVARIABLEV_POSTION3,H_POSTION3:INTEGERRANGE256DOWNTO1;BEGINIF(ADCABCP2=000ORADCABCP5=000)THENV_POSTIONP3=DATA;V_POSTION3:=CONV_INTEGER(V_POSTIONP3);IF(V_POSTION3=VA)THEN-在盒内状态VPA=1;VPB=0;VPC=0;VPD=0;,VPABVAANDV_POSTION3VB)THEN-出盒中间位置VPA=0;VPB=0;VPC=0;VPD=0;VPAB=1;VPBC=0;VPCD=0;ELSIF(V_POSTION3=VB)THEN-水平位置BVPA=0;VPB=1;VPC=0;VPD=0;VPAB=0;VPBC=0;VPCDVBANDV_POSTION3VC)THEN-水平位置BC之间VPA=0;VPB=0;VPC=0;VPD=0;VPAB=0;VPBC=1;VPCD=0;ELSIF(V_POSTION3=VC)THEN-水平位置CVPA=0;VPB=0;VPC=1;VPD=0;VPAB=0;VPBC=0;VPCDVCANDV_POSTION3=VD)THEN-水平位置DVPA=0;VPB=0;VPC=0;VPD=1;VPAB=0;VPBC=0;VPCD=0;ENDIF;ENDIF;,IF(ADCABCP2=001ORADCABCP5=001)THENH_POSTIONP3HEANDH_POSTION3HF)THEN-角度位置E、F之间HPE=0;HPF=0;HPG=0;HPH=0;HPEF=1;HPFG=0;HPGH=0;,ELSIF(H_POSTION3=HF)THEN-角度位置FHPEHFANDH_POSTION3HG)THEN-角度位置F、H之间HPE=0;HPF=0;HPG=0;HPH=0;HPEF=0;HPFG=1;HPGH=0;ELSIF(H_POSTION3=HG)THEN-角度位置HHPE=0;HPF=0;HPG=1;HPH=0;HPEF=0;HPFG=0;HPGHHGANDH_POSTION3HH)THEN-角度位置G、H之间HPE=0;HPF=0;HPG=0;HPH=0;HPEF=0;HPFG=0;HPGH=1;ELSIF(H_POSTION3=HH)THEN-角度位置HHPE=0;HPF=0;HPG=0;HPH=1;HPEF=0;HPFG=0;HPGHVAANDV_POSTION4VB)THENERROR0=1;-出盒或进盒过程中出错MOTOR11P4=0;MOTOR12P4=2666AND(VPB=0ANDVPC=0ANDVPD=0)THENERROR0=1;-水平位置调节时出错MOTOR11P4=0;MOTOR12P4HEANDH_POSTION4HF)THENERROR0=1;-大角度翻转时出错MOTOR21P4=0;MOTOR22P4=2666)AND(HPF=0ANDHPG=0ANDHPH=0)THENERROR0=1;-角度调节时出错MOTOR21P4=0;MOTOR22P4=4000)THENERROR0=2666)THEN-是否是位置调节ADCABCP5=000;V_POSTIONP5=DATA;V_POSTION5:=CONV_INTEGER(V_POSTIONP5);TILT_BCD=1;,ELSIF(TILT=1ANDCONV_INTEGER(TIME00)2666)THEN-是否是角度调节ADCABCP5=001;H_POSTIONP5=DATA;H_POSTION5:=CONV_INTEGER(H_POSTIONP5);TILT_FGH=1;ENDIF;,IF(TILT=0)THENIF(ADCABCP5=000ANDTILT_BCD=1)THEN-判断方向IF(VPC=1)THEN-从位置C到位置DVC_VD=1;ENDIF;IF(VPD=1)THEN-从位置D到位置CVD_VB=1;ENDIF;IF(VPB=1)THEN-从位置B到位置CVB_VC=VCANDV_POSTION5VD)THENMOTOR11P5=1;ELSIF(VC_VD=1ANDV_POSTION5=VD)THEN-到达位置DMOTOR11P5=0;TILT_BCD=0;VC_VDVBANDV_POSTION5=VBANDV_POSTION5VC)THEN-POSTIONB,MOTOR11P5=1;ELSIF(VC_VD=1ANDV_POSTION5=VC)THEN-到达位置CMOTOR11P5=0;TILT_BCD=0;VC_VD=0;ENDIF;ENDIF;IF(ADCABCP5=001ANDTILT_FGH=1)THEN-DIFFERENTXTOYIF(HPF=1)THEN,HF_HG=1;ENDIF;IF(HPG=1)THENHG_HH=1;ENDIF;IF(HPH=1)THENHH_HF=HFANDH_POSTION5HG)THEN-POSTIONFMOTOR21P5=1;ELSIF(HF_HG=1ANDH_POSTION5=HG)THEN-到达位置GMOTOR21P5=0;TILT_FGH=0;HF_HG=HGANDH_POSTION5HH)THEN-POSTIONGMOTOR21P5=1;ELSIF(HG_HH=1ANDH_POSTION5=HH)THEN-到达位置HMOTOR21P5=0;TILT_FGH=0;HG_HHHFANDH_POSTION5HH)THEN-POSTIONHMOTOR22P5=1;ELSIF(HH_HF=1ANDH_POSTION5=HF)THEN-到达位置FMOTOR22P5=0;TILT_FGH=0;,HH_HF=0;ENDIF;ENDIF;ENDIF;ENDIF;ENDPROCESSP5;-位置显示输出部分,P6:PROCESS(ADIVIDER,VPB,VPC,VPD,HPF,HPG,HPH)BEGINIF(VPB=1)THEN-位置BV_POS1=1;V_POS2=0;V_POS3=0;ENDIF;IF(VPC=1)THEN-位置CV_POS1=0;V_POS2=1;V_POS3=0;ENDIF;IF(VPD=1)THEN-位置D,V_POS1=0;V_POS2=0;V_POS3=1;ENDIF;IF(VPB=0ANDVPC=0ANDVPD=0)THEN-处于位置之间V_POS1=0;V_POS2=0;V_POS3=0;ENDIF;IF(HPF=1)THEN-角度FH_POS1=1;H_POS2=0;H_POS3=0;ENDIF;IF(HPG=1)THEN-角度GH_POS1=0;H_POS2=1;H_POS3=0;,ENDIF;IF(HPH=1)THEN-角度HH_POS1=0;H_POS2=0;H_POS3=1;ENDIF;IF(HPF=0ANDHPG=0ANDHPH=0)THEN-角度位置之间H_POS1=0;H_POS2=0;H_POS3DS_TIMEDS_TIMEDS_TIMEDS_TIMEDS_TIMEDS_TIMEDS_TIMEDS_TIME=01111111;-时间为其他,ENDCASE;DS_UNIT=10010010;-时间单位显示ENDPROCESSP6;-判断输出子进程P7:PROCESS(ADIVIDER)BEGINIF(ADCABCP2=000ORADCABCP5=000)THEN-通道0选择输出ADCABC00=000;,ELSIF(ADCABCP2=001ORADCABCP5=001)THEN-通道1选择输出ADCABC00=001;ENDIF;IF(ERROR0=0)THEN-D正常情况下输出IF(MOTOR11P2=1ORMOTOR11P5=1)THEN-水平马达正方向转动MOTOR11_OUT=1;ELSEMOTOR11_OUT=0;,ENDIF;IF(MOTOR12P2=1ORMOTOR12P5=1)THENMOTOR12_OUT=1;-水平马达反方向转动ELSEMOTOR12_OUT=0;ENDIF;IF(MOTOR21P2=1ORMOTOR21P5=1)THENMOTOR21_OUT=1;-翻转马达正方向转动ELSEMOTOR21_OUT=0;,ENDIF;IF(MOTOR22P2=1ORMOTOR22P5=1)THENMOTOR22_OUT=1;-翻转马达反方向转动ELSEMOTOR22_OUT=0;ENDIF;ELSIF(ERROR0=1)THEN-异常情况下对输出清零,MOTOR11_OUT=0;MOTOR12_OUT=0;MOTOR21_OUT=0;MOTOR22_OUT=0;ENDIF;ENDPROCESSP7;ENDARCHITECTUREART;,10.4系统仿真/硬件验证,10.4.1系统的有关仿真本系统是采用进程建模的方式进行程序设计的，整个程序比较长，输入输出接口比较多。为了方便仿真和结果分析，我们可将其中的有关进程单独抽出来，再加上相应的库、程序包的使用说明、实体说明，组成一个独立的程序(详见后述的OUTPUT.VHD)进行仿真和结果分析。图10.13(略）是判断输出模块OUTPUT的仿真图。,-OUPPUT.VHDLIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITYOUTPUTISPORT(CLKIN:INSTD_LOGIC;ADCABCP2,ADCABCP5:INSTD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);,ERROR0:INSTD_LOGIC;OPEN_CLOSE,TILT:INSTD_LOGIC;MOTOR11P2,MOTOR12P2,MOTOR21P2,MOTOR22P2:INSTD_LOGIC;MOTOR11P5,MOTOR12P5,MOTOR21P5,MOTOR22P5:INSTD_LOGIC;MOTOR11_OUT,MOTOR12_OUT:OUTSTD_LOGIC;MOTOR21_OUT,MOTOR22_OUT:OUTSTD_LOGIC;ADCABC00:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);