CN103117732A

CN103117732A - 多路视频脉冲信号发生装置及方法

Info

Publication number: CN103117732A
Application number: CN2013100569728A
Authority: CN
Inventors: 司伟建; 王利伟; 赵忠凯; 吴迪
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Nanhai Innovation And Development Base Of Sanya Harbin Engineering University
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2013-05-22
Anticipated expiration: 2033-02-22
Also published as: CN103117732B

Abstract

本发明提供的是一种多路视频脉冲信号发生装置及方法。包括按键101、单片机模块102、FPGA模块103、电平转换104、液晶105以及输出接口106，按键101的控制端口与单片机模块102的I/O口连接；液晶105连接单片机模块102的I/O口；单片机模块102与FPGA模块103通过I/O口连接；FPGA模块103与电平转换104连接；电平转换104连接输出接口106，由输出接口输出多路信号。本发明能独立调节各路脉冲的脉冲宽度、脉冲周期及延迟时间的参数值，通过按键对系统进行设置，结构简单，操作方便，而且成本相对低廉。

Description

多路视频脉冲信号发生装置及方法

技术领域

本发明涉及一种脉冲信号发生器，特别是涉及一种多路视频脉冲信号的发生装置及方法。

背景技术

随着电子技术的迅速发展，高速的脉冲信号发生器作为一种重要的实验仪器已经广泛应用于通信、雷达、测控、精确控制和电子对抗等领域。现阶段，专用的脉冲信号发生器种类并不多，因为设计的用途和指标不同，性能也各异，部分通用信号源也具备脉冲信号输出功能。一般的仪器可以产生脉冲宽度、脉冲周期和脉冲幅度均可调的脉冲信号，部分仪器还具有脉冲边沿时间可变、双极性脉冲输出、外部触发等功能。

但是常规的脉冲信号发生器一般只提供单通道或者双通道的脉冲输出，即便脉冲性能很好，精度很高，功能齐全，也存在一定的局限性，难以满足一些特殊的应用需要。如同时需要大于两路的脉冲信号输出，即便是通过多台仪器同时工作，在信号同步问题上也存在问题，同时无法实现多路脉冲信号延时关系的调整。实际应用中一个稳定性好、精度高、小巧、参数灵活可变的多路视频脉冲信号发生器，对于实际的科研和生产有着重要的推动作用和广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能独立调节各路脉冲的脉冲宽度、脉冲周期及延迟时间的参数值，并且可以提高精度的多路视频脉冲信号发生装置及方法。

本发明的目的是这样实现的：

包括按键101、单片机模块102、FPGA模块103、电平转换104、液晶105以及输出接口106，其特征是：按键101的控制端口与单片机模块102的I/O口连接；液晶105连接单片机模块102的I/O口；单片机模块102与FPGA模块103通过I/O口连接；FPGA模块103与电平转换104连接；电平转换104连接输出接口106，由输出接口输出多路信号。

所述的多路视频脉冲信号发生装置由按键101、单片机模块102、FPGA模块103、电平转换104、液晶105以及输出接口106组成；其发声方法为：首先单片机控制系统设定脉冲宽度、脉冲周期、延迟时间三种参数，给出对应的控制信号，FPGA内部通过编程设计通道选择模块、数据处理模块、地址译码模块、数据锁存模块和波形生成模块；然后FPGA接收单片机发送的参数数据，地址译码模块对地址指令进行译码，数据处理模块根据地址码进行接收和处理，将脉冲参数的结果存入内部数据寄存器，并由内部数据总线把不同的参数值传送到数据锁存模块输入段口，通道选择模块控制对应通道的数据锁存模块处于工作状态，将参数数据存储；最后每路信号的数据锁存模块连接脉冲生成模块，脉冲生成模块获得脉冲设置的参数，输出多路脉冲信号。

所述的脉冲信号的脉冲宽度、脉冲周期、延迟时间在10ns～166ms范围内设置，多路视频脉冲信号每一路可以独立输出和设置参数，同时各路脉冲信号的相对延迟时间可变。

本发明的有益效果是，产生多路高精度的参数可变脉冲信号的同时，能够满足多路信号之间的时序调节，通过按键对系统进行设置，结构简单，操作方便，而且成本相对低廉。

附图说明

图1是本发明的硬件结构框图；

图2是本发明的实现方法框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

结合图1，高精度多路视频脉冲信号发生装置由按键101、单片机模块102、FPGA模块103、电平转换104、液晶105以及输出接口106六部分组成。各部分连接关系为：按键101连接单片机模块的102的I/O控制端口，可以通过按键设定每路信号的脉冲宽度、脉冲周期及延迟时间的参数值。液晶105的控制端口连接单片机模块102的I/O口，单片机控制液晶显示各路信号的参数值。单片机模块102与FPGA模块103通过I/O口连接，单片机根据设定的每路信号的脉冲宽度、脉冲周期及延迟时间参数值控制FPGA产生相应的脉冲波形，两个核心模块都包含了必要的外围元器件，以及必须的配置和存储芯片。FPGA模块103与电平转换104相连接，将FPGA输出脉冲信号转换为标准TTL电平。电平转换104连接输出接口106，由输出接口输出多路信号。

所述的单片机模块为TI公司的MSP430F149单片机，控制完成脉冲宽度、脉冲周期及延迟时间三种脉冲参数值的处理，将各路脉冲信号参数值写入到FPGA；所述的FPGA模块为ALTERA公司的EP2C8Q208C8型FPGA，在FPGA内部配置管脚，设计内部功能模块，获取单片机的指令信息和数据信息，由FPGA内部数字逻辑系统构成脉冲产生电路；所述的按键和液晶由单片机控制和驱动；所述的电平转换由SN74ALVC164245实现，将FPGA输出脉冲信号转换为标准TTL电平，由输出接口输出。

本发明装置以FPGA为脉冲信号产生的主体。通过对FPGA的I/O口的配置和程序编写，主要实现的功能有以下两个方面：

1、获取单片机写入的每一路脉冲参数的数据，并根据相应的地址控制信号将脉冲宽度、脉冲周期、延迟时间三种参数数据读入FPGA内部功能模块。

2、通过内部控制模块，将多路脉冲信号所对应的信号参数值写入脉冲波形产生模块。波形产生功能模块可以根据写入的各路脉冲信号参数值产生相应的脉冲波形，由输出引脚输出最终波形。

本发明装置以单片机为控制和数据处理核心，实现对整机的控制，完成以下功能：按键功能的实现以及液晶显示界面的控制；信号脉冲宽度、脉冲周期及延迟时间等参数的处理和计算。

结合图2。高精度多路视频脉冲信号发生方法为：单片机1与FPGA连接的I/O口被分配成数据线、指令线和地址线，FPGA内逻辑电路设定与单片机接口3，匹配单片机的控制信号和数据信号。系统中每路信号对应一个波形生成模块13、14、15、16和一个数据锁存模块9、10、11、12。波形生成模块是一个改进的计数器，如果输入脉冲宽度为n，脉冲周期为m，在系统时钟信号的上升沿计数一次，当计到n时，输出取反，继续计数，到n+m次时再取反，计数器循环计数，如果输入脉冲宽度数值为零时不计数。据此即可根据系统的时钟得到设定参数的连续脉冲信号，信号参数值的精度和范围由系统的工作时钟和数据线的位宽范围决定。为了提供满足系统所需的工作时钟，系统中利用FPGA内部的锁相环8提供精准的倍频时钟信号。根据系统参数的精度和数值范围，可以自行设定锁相环倍频系数以及单片机与FPGA的连接数据线位宽；根据需要的通道数设定地址线和指令线的位宽，以满足控制需要。本发明中，采用50MHz时钟源7，震荡周期为20ns，经过内部锁相环模块8倍频到100MHz，即一个周期为10ns，也是最小步进精度。系统中使用的数据线统一为24位宽，脉冲形成模块的脉冲宽度和周期的计数范围都为0~2²⁴-1，系统利用锁相环倍频后的信号作为脉冲产生时钟连接到脉冲形成模块中，则产生的最大脉冲宽度和脉冲周期范围约是10ns~166ms，延时参数的可变范围与此相同。每个脉冲信号产生模块相互独立，但采用相同的工作时钟做同步，因此可实现延时参考一致。

为了实现多路信号的参数独立写入对应的脉冲信号产生模块，FPGA中编程设计了通道选择模块6来控制和实现，单片机控制程序中对不同的通道进行了指令编码，通过该模块对单片机给出的指令码进行译码，分别控制各个通道的数据锁存模块9、10、11、12的工作状态，来实现每个波形生成模块的独立参数配置。当FPGA接收到单片机发送的参数数据后，首先根据地址译码模块5的地址译码结果，由数据处理模块4进行接收和处理，将脉冲宽度、脉冲周期、延迟时间三种参数的结果存入内部数据寄存器，并由内部数据总线把不同的参数值传送到数据锁存模块的输入段口。同时通道选择模块6使对应通道的数据锁存模块处于工作状态，将参数数据存储，则每个通道的数据锁存模块连接的脉冲生成模块即可获得脉冲设置的参数。依照相同的原理，可以对各路的脉冲参数逐个配置。单片机的输出控制信号2控制脉冲输出模块17的使能端，即相当于控制四路传输线通断。所有功能模块均用Verilog HDL编写。最终可实现多通道信号的同时输出和独立输出，具有一定基础的设计人员，可以根据此方法和实际需要灵活进行设计和扩展。

Claims

1.一种多路视频脉冲信号发生装置，包括按键（101）、单片机模块（102）、FPGA模块（103）、电平转换（104）、液晶（105）以及输出接口（106），其特征是：按键（101）的控制端口与单片机模块（102）的I/O口连接；液晶（105）连接单片机模块（102）的I/O口；单片机模块（102）与FPGA模块（103）通过I/O口连接；FPGA模块（103）与电平转换（104）连接；电平转换（104）连接输出接口（106），由输出接口输出多路信号。

2.一种多路视频脉冲信号发生装置的发生方法，其特征是：所述的多路视频脉冲信号发生装置由按键（101）、单片机模块（102）、FPGA模块（103）、电平转换（104）、液晶（105）以及输出接口（106）组成；其发生方法为：首先单片机控制系统设定脉冲宽度、脉冲周期、延迟时间三种参数，给出对应的控制信号，FPGA内部通过编程设计通道选择模块、数据处理模块、地址译码模块、数据锁存模块和波形生成模块；然后FPGA接收单片机发送的参数数据，地址译码模块对地址指令进行译码，数据处理模块根据地址码进行接收和处理，将脉冲参数的结果存入内部数据寄存器，并由内部数据总线把不同的参数值传送到数据锁存模块输入段口，通道选择模块控制对应通道的数据锁存模块处于工作状态，将参数数据存储；最后每路信号的数据锁存模块连接脉冲生成模块，脉冲生成模块获得脉冲设置的参数，输出多路脉冲信号。

3.根据权利要求2所述的多路视频脉冲信号发生方法，其特征是：所述的脉冲信号的脉冲宽度、脉冲周期、延迟时间在10ns~166ms范围内设置，多路视频脉冲信号每一路可以独立输出和设置参数，同时各路脉冲信号的相对延迟时间可变。