基于FPGA的IRIG-B(DC)碼產(chǎn)生電路設(shè)計

摘要：提出了一種IRIG-B(DC)碼產(chǎn)生電路的設(shè)計方法。采用Altera公司低功耗Cyclone FPGA系列中的EPlC6T144、8段數(shù)碼管、晶體振蕩器和MAX3232E等器件構(gòu)成硬件電路、使用VHDL語言設(shè)計IRIG-B直流時間碼的軟件。為了設(shè)置和觀察，使用8段數(shù)碼管、撥碼開關(guān)和按鍵來顯示、修改和設(shè)置天、時、分、秒等時間信息。仿真和試驗結(jié)果表明，該設(shè)計可以產(chǎn)生標準的IRIG-B(DC)碼時間脈沖序列。
關(guān)鍵詞：IRIG-B(DC)碼；FPGA；VHDL

    在測控系統(tǒng)中，時統(tǒng)信息不僅是各個分系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)。也是有些分系統(tǒng)進行測控時推算彈道和其他復(fù)雜運算必不可少的信息，IRIG-B時間碼作為一種重要的時間同步傳輸?shù)姆绞?，成為時統(tǒng)設(shè)備首選的標準碼型。IRIG全稱Inter-Range Instrumentation Group(靶場間測量儀器組)。IRIG串行時間碼，共有6種格式。即IRIG-A、B、D、E、G、H，IRIG-B(DC)碼又分為DC和AC碼，DC碼的接口通常采用TTL接口和RS422(V．11)接口。

1 IRIG-B(DC)碼介紹
    IRIG-B(DC)碼的時幀速率為1幀／s；可傳遞100信息位，每個信息位寬度10 ms，稱為一個碼元，每10個碼元為l組。每幀有一個高電平寬度8 ms、低電平寬度2 ms的起始碼元PR和結(jié)束碼元P0，PR和P0之間有P1、P2、…，P9標志碼元，標志碼元之間包含秒、分、時、天和控制功能等信息，碼元高電平寬度5 ms代表二進制的“l(fā)”，高電平寬度2 ms代表二進制的“0”，IRIG-B(DC)碼的示意圖如圖l所示。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
    本設(shè)計的硬件電路如圖2所示，采用Altera低功耗、低成本Cyclone FPGA系列的EPlC6T144，總引腳數(shù)144．I／O引腳數(shù)98，有3種配置方式，分別為AS方式、PS方式和JTAG方式，本設(shè)計采用AS方式，當(dāng)使用AS方式時，必須將FPGA EPlC6T144的MSEID和MSELl這2個引腳接到低電平，即為邏輯的00，AS方式還需與一片串行配置器件并用，本設(shè)計采用低成本的Ahera公司的EPCSlSl8，具體連接如圖2所示，采用這種方式上電后可直接通過下載電纜對FPGA進行編程，使用靈活方便。在設(shè)計時注意引腳上的上拉電阻和下拉電阻必須連接上。

    晶體振蕩器采用10 MHz晶振，將晶振的SCLK輸出引腳與EPlC6T144的CLK0輸入引腳連接，檢測晶振信號脈沖的上升沿并進行計數(shù)，以此計數(shù)作為時間基礎(chǔ)。
    選擇EPlC6T144的37引腳作為異步串行輸出引腳，與MAX3232E的lO引腳(T2IN)連接，將從FPGA出來的TTL電平轉(zhuǎn)換為串行輸出電平從7引腳(T20UT)輸出，串行電平轉(zhuǎn)換器采用MAX3232E。選擇EPlC6T144的4l、42引腳作為2路IRIG-B碼信號輸出，因為IRIG-B(DC)碼采用RS422電平輸出，而從EPIC6T144的4l、42引腳輸出脈沖是TTL電平，所以必須進行電平轉(zhuǎn)換，本設(shè)計采用TI公司的AN26LS31CD差分驅(qū)動器。采用8段數(shù)碼管作為時間顯示器件，顯示的信息有天、時、分和秒，共需9個器件，每個8段數(shù)碼管的0～9個數(shù)字顯示邏輯為：
   

3 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計
    使用VHDL硬件描述語言進行編程，編譯環(huán)境采用Altera公司的QuartusII7．1。根據(jù)圖1所示B碼脈沖序列寬度圖譜，以秒的B碼串產(chǎn)生為例。說明VHDL編程設(shè)計過程，流程圖如圖3所示。分、時和天的軟件設(shè)計根據(jù)圖l所示的B碼示意圖，參考秒的設(shè)計流程來設(shè)計，將100個碼元對應(yīng)的脈沖串按照圖l的脈沖寬度輸出，就形成整個一幀IRIG-B(DC)碼的脈沖串。

4 電路仿真
    電路仿真脈沖輸出如圖4所示，圖中Bl_out和B2_out是IRIG-B(DC)碼的輸出脈沖，clk_lms是根據(jù)晶體振蕩器輸入脈沖而產(chǎn)生的模擬l ms信號脈沖，可以看出，當(dāng)連續(xù)8個elk_1ms的脈沖時，Bl_out和B2_out保持高電平，即保持了8 ms的高電平，后面的脈沖都嚴格的遵守圖l所示的IRIG-B(DC)碼的規(guī)則。

5 結(jié)論
    通過仿真和實際使用表明，該設(shè)計電路所產(chǎn)生的IRIG-B(DC)時間碼穩(wěn)定、連續(xù)、準確，電路板功耗低、成本低，操作靈活簡單，在測控領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。