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　　在XC95288内部电路中，F0、F1输入端口分别输入标准脉冲和待测的速度脉冲信号(经过整形放大以后的信号)，计数器0和1分别对标准脉冲F0和待测信号F1进行计数，锁存器0和1分别对计数器0和1的计数值进行保存，16位的输入端口NP作为预置闸门时间的设定端口，设其输入值为NP，则预置闸门时间T₀为T₀=NP/f₀。

　　在电路刚开始工作时，由清零信号CLR对所有的计数器、锁存器和D触发器清零。这样，计数器0的计数值NN0的初值为0，故此时NP>NN0，比较器输出为1，但此时DFF0触发器的输出F2仍保持此初值0，由于F2作用在计数器0和1的使能端，此时计数器没有开始计数，直到信号F1的上升沿到来后，DFF0触发器的输出F2才翻转为1，允许两计数器计数。随着计数值的增加，当NN0>NP时，比较器输出等于0，不过此时两个计数器仍在计数，直到信号F1的又一上升沿到来后，F2=0，两个计数器都停止计数，利用F2的下降沿(F3的上升沿)将此时的计数值NN0和NN1分别通过锁存器0和1锁存起来。然后利用此时F2=0，经D1触发器延时到信号F0的上升沿到来后，对计数器0、1清零。延时清零的原因是为了避免锁存器锁存数据与计数器清零同时进行，从而使存储数据出错。但由于延时清零，使实际门控信号的上升沿比速度信号F0的上升沿滞后，滞后时间为信号F0的一个周期。为使检测结果准确，将计数器0的计数值加1即可。F2实质上就是实际门控信号。

　　在设计电路时，需要考虑计数器溢出的情况。例如，在电机转速很慢的情况下，两个速度脉冲信号上升沿间的时间间隔较长，这使实际闸门时间变得很长，在该段时间内，计数器0可能会出现溢出情况。在该情况下，可用3种方法来解决计数：一是增加计数器0的位数;二是通过增加计数器来对溢出次数另行读数;三是一旦计数器溢出，便认为此时电机的转速约等于0。这里采用的方法是：在电机转速很慢的时候延时2秒种后再进行测量，而且计数器都采用16位宽度。

　　单片机ATMega16L的功能设计

　　ATMega16L单片机是ATMEL公司生产的高性能单片机，采用精简指令集，具有预取指令功能，指令可以在一个时钟周期内执行，处理速度快。在高速摄影电控系统中，ATMega16L单片机负责读取XC95288的电机测速值，处理控制内外信息的输入输出接口，并与上位控制计算机通过RS-485接口进行信息交互。

　　这里给出一个ATMega16L单片机读取XC95288的电机测速值的C语言子程序。

　　void FX_calc(void)
　　{
        　　//计算Nb数值
                F_SEL_NB();
　　NB = ReadFromCPLD()+1;
　　NB_temp=(uint64_t)NB;
　　//计算Nx数值
　　F_SEL_NX();
　　NX = ReadFromCPLD();
　　NX_temp=(uint64_t)NX;

　　if(NB_temp)
　　{
　　//计算Fx数值
        　　/*32位时x不能超过0xd6=214.75=4,294,967,295/20,000,000
        　　一定要考虑到溢出问题：FF_FF_FF_FF=4,294,967,275, FB=20,000,000
        　　*/
        　　FX_temp=( (uint64_t) (FB* NX_temp)/NB_temp ); //20000000*x/2000
        　　FX = (uint32_t) FX_temp;
                }
        　　usart_send_dword(FX);
        　　_delay_ms(10);
　　}

　　结束语

　　根据以上电路设计的转镜式超高速摄影机电控系统，已在某系统超高速摄影机中得到应用，系统工作良好。

　　参考文献：
　　[1] 王杰等.Xinlinx FPGA/CPLD设计手册[M].北京:人民邮电出版社,2011:242
　　[2] 刘建清等.轻松玩转AVR单片机C语言[M].北京:北京航空航天大学出版社,2011:90

关键词： 高速摄影 单片机 CPLD 转速测量 电路控制 201309