| 1 引言
在軸承振動測量中,隨機(jī)波形最大正峰值的檢測是低噪音軸承生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的低速取樣保持電路很難做到1:1的捕捉和保持較窄隨機(jī)波形的最大正峰值。本文敘述了一種采用A/D轉(zhuǎn)換器MAX120來處理軸承振動測量儀輸出的脈沖電壓的方法,并介紹了該轉(zhuǎn)換器與CPLD的接口技術(shù)。 
2 MAX120 A/D轉(zhuǎn)換器
MAX120是MAXIM公司的ADC系列產(chǎn)品,有多種工作方式,其主要性能如下：分辨率：12位; 轉(zhuǎn)換時間：1.6μs; 消耗功率：120 mW;輸入電壓范圍： -5～+5V。該芯片因其內(nèi)部具備采樣保持電路,故外部電路的構(gòu)成十分簡單,這就給設(shè)計帶來了許多方便。A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多,MAX120是較容易使用的一種。
3 MAX120與數(shù)字式峰值電壓檢測器
圖1給出了數(shù)字式峰值電壓檢測器的邏輯功能。構(gòu)成該檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵部件為數(shù)據(jù)比較器和數(shù)據(jù)存儲器。圖中除了MAX120外,虛線部分所示的為CPLD器件,其功能由Verilog-HDL（HDL：硬件描述語言）來實(shí)現(xiàn)。其工作原理如下：由MAX120取得的數(shù)字電壓送入數(shù)據(jù)緩沖模塊GET_DATA,該模塊中的數(shù)據(jù)與來自數(shù)據(jù)存儲模塊DATA_MEM中的數(shù)據(jù)都送入數(shù)據(jù)比較模塊DATA_COMP進(jìn)行比較。如果X端的數(shù)據(jù)大于Y端的數(shù)據(jù),標(biāo)志產(chǎn)生模塊產(chǎn)生標(biāo)志信號,該信號將X端的數(shù)據(jù)同時打入數(shù)據(jù)存儲模塊DATA_MEM中（系統(tǒng)復(fù)位后,DATA_MEM中的數(shù)據(jù)為最小值0）,從而實(shí)現(xiàn)了保持兩個數(shù)據(jù)中較大者的功能。Dout為數(shù)字峰值輸出電壓。
圖1的邏輯功能可以進(jìn)一步細(xì)化為圖2所示的形式,邏輯功能可用 Verilog-HDL來描述。圖中,Vin為模擬電壓的輸入,Dout為數(shù)字峰值電壓的輸出,Dout、RB1、RB2均與接口電路相連,RB1、RB2為系統(tǒng)啟動與復(fù)位。
4 Verilog-HDL描述及接口電路
4.1 邏輯功能的Verilog-HDL描述
該電壓檢測器的功能結(jié)構(gòu)框圖較為簡單,硬件實(shí)現(xiàn)采用了Xilinx公司的CPLD(Complex PLD)器件XC9000系列,用Verilog-HDL語言描述其功能。以下給出圖2所示功能的主要描述部分。module PK_SEL ( BUSY, RB1, RB2, FROM_ADC, D_OUT, P_OUT);
input BUSY, RB1, RB2;
output P_OUT;
input [11:0] FROM_ADC;
output [11:0] D_OUT;
wire [11:0] TO_COM;
wire GET_DATA_CLK;
//產(chǎn)生秒脈沖
CNT100 F_4kHz ( RB1, BUSY, F_4k ); // 分頻
CNT100 F_37Hz ( RB1, F_4k, F_37 ); // 分頻
CNT5 F_1Hz ( RB1, F_37, F_7); // 分頻
DELAY_P1 START_DLY ( RB2, RB1, F_7, DLY_05S ); // 延時 0.7 s
DELAY_P2 GENE_SPB ( RB2, DLY_05S, F_7, SPB ); // 延時 1 s
GETE_GENE GENE_GP ( G_P, DLY_05S & RB2, SPB ); // 1s 的門脈沖
assign P_OUT = G_P;
// ADC 數(shù)據(jù)最大值的比較和檢測
assign GET_DATA_CLK = ～BUSY & G_P;
DFF12 GET_DATA (GET_DATA_CLK, FROM_ADC, TO_COM, ~SPB & RB2 ); //獲取 A/D 數(shù)據(jù)
COMP_D DATA_COMP (TO_COM, D_OUT, D_S ); //數(shù)據(jù)比較
DFF12 DATA_MEM ( BUSY & D_S, TO_COM, D_OUT, RB1 & RB2 );//數(shù)據(jù)存儲
endmodule
 
4.2 接口電路
圖3示出了數(shù)字式峰值電壓檢測器的主要電路。MAX120的工作模式為連續(xù)工作方式。按照軸承檢測的工藝,當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位RB2、啟動脈沖RB1到來后,經(jīng)0.7s的延時,便產(chǎn)生一個寬度為1s的門脈沖G_P。在此期間,MAX120連續(xù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)緩沖器GET_DATA中,之后進(jìn)行數(shù)字信號峰值的檢測和保持。
4.3窄脈沖測試源作用下的實(shí)測結(jié)果
經(jīng)過邏輯仿真、邏輯綜合,待目標(biāo)代碼下載到芯片后,便可對硬件電路進(jìn)行性能測試。為此,(1)先將系統(tǒng)復(fù)位,使輸出電壓V=0;(2)使RB1有效（即啟動系統(tǒng)）;(3)在RB1有效0.7s之后的1s內(nèi),將一個單脈沖加載到A/D轉(zhuǎn)換器MAX120的輸入端。設(shè)該電壓為Vin,輸出電壓為V。經(jīng)實(shí)際測量,圖4為測試的結(jié)果。
5. 結(jié)語
MAX120是一種性能良好的A/D轉(zhuǎn)換器,它與CPLD之間采用簡單的接口方式,便可完成1.6μs的A/D轉(zhuǎn)換,從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)字式的峰值檢測。
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