CN103490747B - 一种多通道可配置的脉冲发生方法 - Google Patents

Abstract

一种多通道可配置的脉冲发生方法，步骤为：（1）将N路脉冲发生通道划分为相互独立的M组，每组包含P路脉冲发生通道，通过多路选通器使得每组只有一路脉冲输出；（2）对于M组中的每一组，根据该组包含的P路脉冲发生通道所对应的控制对象，将该组包含的P路脉冲发生通道进行优先级排序；（3）分别设定每组中P路脉冲发生通道所需的脉冲宽度和脉冲相位，脉冲宽度均为具体数值，脉冲相位为各通道之间的相位差值；（4）对于每一组，首先产生优先级最高通道所需宽度和相位的脉冲信号并输出；然后产生优先级排在次高的通道所需宽度脉冲信号，依次类推，直至本组中所有P路脉冲通道所需的脉冲依照优先级关系依次输出完毕。

Description

一种多通道可配置的脉冲发生方法

技术领域

本发明涉及一种多路脉冲的产生方法。

背景技术

中央控制器是空间站实验舱机械臂系统的重要组成部分，需要能够对实验舱机械臂系统中的7个关节、2个末端作用器、2个手眼相机的主备份电机电源和线路电源进行直接指令开关操作，共多达80路脉冲输出通道。指令开关脉冲输出逻辑采用FPGA实现，在应用中遇到了如下技术问题：

（1）中央控制器需要能够产生数量繁多的部件电源开关脉冲指令。据估算，单路脉冲发生模块需要消耗的逻辑资源占星载计算机所选用的FPGA内部逻辑资源的0.56%。如果采用传统的脉冲发生方法，即每路开关脉冲指令采用独立的脉冲发生模块，仅产生80路脉冲就需要消耗FPGA内部资源的45%以上，严重挤压了其他功能所能使用的逻辑资源；

（2）中央控制器需要输出的指令包含了多种电源的开和关指令脉冲，当同一电源开和关指令脉冲同时产生时，继电器内部电路将处于不确定状态，从而影响部件的功能。如果采用传统的脉冲发生方法，由于各路脉冲通道分别独立，无法从硬件角度避免同一电源开/关指令脉冲同时有效的情况；

（3）当众多通道的脉冲同时有效时，有可能会产生较大的瞬时电流，对电路稳定性产生影响。如果采用传统的脉冲发生方法，由于各路脉冲通道分别独立，无法从硬件角度避免多路指令脉冲同时有效的情况；

（4）单个部件中不同通道电源开关的先后顺序和相位关系需要可配置，传统的脉冲发生方法并未考虑各脉冲之间的顺序和相位关系。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种多通道可配置的脉冲发生方法，可以显著降低FPGA的资源占用率，并且各通道产生的脉冲之间的顺序关系和相位关系可配置。

本发明的技术解决方案是：一种多通道可配置的脉冲发生方法，步骤如下：

（1）将N路脉冲发生通道划分为相互独立的M组，其中N>0，0<M≤N，每组包含P路脉冲发生通道；P路脉冲发生通道共用同一个多路选通器，使得每组只有一路脉冲输出；

（2）对于M组中的每一组，根据该组包含的P路脉冲发生通道所对应的控制对象，将该组包含的P路脉冲发生通道分配通道数字编码；

（3）对于M组中的每一组，在每次脉冲发生操作前，从该组包含的P路脉冲发生通道中选择出x路脉冲发生通道，对选出的x路脉冲发生通道进行优先级排序；

（4）对于M组中的每一组，分别设定该组中选出的x路脉冲发生通道所需的脉冲宽度和脉冲相位，其中设定脉冲相位时，选取选出的x路脉冲发生通道中优先级最高的通道作为基准通道，基准通道的相位为具体相位值，其余x-1路脉冲发生通道的脉冲相位采用与基准通道的相位差值来表示；设定脉冲宽度时，x路脉冲发生通道均采用各自所需的绝对数值表示；

（5）对于M组中的每一组，在每次脉冲发生操作前，确定本次脉冲发生通道个数z，z为大于0并且小于等于x的整数；

（6）对于M组中的每一组，首先产生优先级最高通道所需宽度和相位的脉冲信号，并将产生的脉冲信号通过多路选通器选通输出；然后产生优先级排在次高的通道所需宽度脉冲信号，并根据与基准通道的相位差值关系进行延迟后经过多路选通器选通输出；依次类推，直至本组中选出的x路脉冲发生通道中优先级最高的z路脉冲通道所需的脉冲依照优先级关系依次输出完毕。

本发明与现有技术相比的优点在于：

（1）本发明提出的多通道可配置的脉冲发生方法，可以兼容各卫星平台电子设备的脉冲发生装置需求；

（2）本发明中单次发射的通道数、通道脉冲宽度及通道之间脉冲相位关系均可配置，具有很强的灵活性；

（3）本发明采用了分组和时分复用逻辑设计思想，同一组内各路脉冲之间顺序关系和相位关系可配置，保证了同一时刻每组只有至多一各通道脉冲有效，避免了同一电源开/关指令同时有效的情况，并限制了同时有效的脉冲指令的个数，避免了开关脉冲同时有效和众多脉冲同时有效所带来的危害；

（4）本发明进行了通用化和参数化设计，容易进行移植，同时资源占用率大大减小，在ALTERA公司的EPF10K70系列FPGA上进行综合的资源占用率由45%减少为18%。

附图说明

图1为本发明方法的原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明多通道可配置脉冲发生方法将N路脉冲分为M个独立的组，每组主要由三个环节组成：脉冲发生部分、脉冲控制逻辑部分以及通道选通逻辑部分。其中：

（1）脉冲发生部分用于产生脉宽可配置的脉冲信号，例如可以通过设置脉宽设置寄存器提供配置产生脉冲信号脉宽的接口；

（2）脉冲控制逻辑部分对脉冲发生部分产生的脉冲信号进行逻辑处理，例如可通过脉冲通道设置寄存器、脉冲宽度设置寄存器、相位关系设置寄存器和脉冲发生控制寄存器提供配置多路脉冲信号波形及其相互关系的接口；

（3）通道选通逻辑部分用于选择输出需要的通道中的波形。

本发明方法的具体步骤如下：

（1）本发明对N路(N>0)脉冲发生通道之间的依存关系进行了归纳总结，划分为相互独立的M组(0<M≤N)，每组包含P路脉冲发生通道，P路脉冲共用同一个脉冲发生模块，通过维护一个脉冲发射队列，利用多路选通器将脉冲发生模块产生的脉冲输出到当前队列最前端的通道中，其他未被选通通道保持默认电平，保证了同一时刻每组中至多有一路脉冲有效；

（2）每组脉冲发生模块分为脉冲发生子模块和脉冲发生控制子模块：脉冲发生子模块能够根据脉宽设置寄存器的设置值产生相应脉冲宽度的脉冲（主要是由一个计时器电路控制产生有效的脉冲电平（高或者低），计时器不工作时电路保持相应的无效电平（低或者高），计时器工作的时间就是要求的脉宽值）；脉冲发生控制子模块由脉冲通道设置寄存器、脉冲宽度设置寄存器、相位关系设置寄存器、脉冲发生控制寄存器和相应的控制逻辑部分组成，用于控制脉冲的发射逻辑；

（3）在每次脉冲发生操作前，从该组包含的P路脉冲发生通道中选择出x路脉冲发生通道，并对选出的x路脉冲发生通道进行优先级排序，并将x路脉冲发生通道的通道号按照优先级的顺序依次存储到脉冲通道设置寄存器中；通道号由y位寄存器(y=log₂P)存储，保证P路脉冲发生通道均有各自唯一的通道号，同时通道号存储在低位的通道具有高的发射优先级；

（4）脉冲宽度设置寄存器存储了待发射的每个通道脉冲的脉冲宽度；

（5）相位关系设置寄存器存储了每两个相邻优先级的通道脉冲之间的相位差值；

（6）脉冲发生控制寄存器存储了本次发射脉冲的通道数z(0<z≤x)；脉冲发生控制寄存器还包含了一位“脉冲发射开始位”，向“脉冲发射开始位”中写入有效值将触发脉冲发射；

（7）当脉冲发射操作被触发时，控制逻辑首先将本次发射脉冲的通道数z转存到一个递减计数器中，从脉冲宽度设置寄存器中取出最高优先级通道脉冲的脉宽设置值，并控制脉冲发生控制模块产生相应脉宽的脉冲，同时将产生的脉冲信号通过多路选通逻辑选通输出到相应的脉冲通道中，保持其他通道信号为默认电平不变；

（8）最高优先级通道脉冲发射完毕后，递减计数器计数值减一，控制逻辑判断递减计数器计数值是否为零，若非零则取出相位关系设置寄存器中次高优先级通道脉冲与最高优先级脉冲之间的相位差值，并根据相位差值进行延迟操作，延迟结束后次高优先级脉冲通道被推到脉冲队列的最高优先级的位置；

（9）重复第（7）步和第（8）步的值直到递减计数器计数值为零，控制逻辑判断本轮脉冲发射任务完毕，等待处理器下一次的配置操作或脉冲发射触发操作。

在本发明的一个实例中，N=80，M=5，P=16，x=8，y=4，0<z≤8；采用VHDL语言实现并在ALTERA公司的EPF10K70系列FPGA上进行了验证，综合结果表明资源占用率由45%减少为18%。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种多通道可配置的脉冲发生方法，其特征在于步骤如下：

(1)将N路脉冲发生通道划分为相互独立的M组，其中N>0，0<M≤N，每组包含P路脉冲发生通道；P路脉冲发生通道共用同一个多路选通器，使得每组只有一路脉冲输出；

(2)对于M组中的每一组，根据该组包含的P路脉冲发生通道所对应的控制对象，将该组包含的P路脉冲发生通道分配通道数字编码；所述的控制对象包括脉冲通道设置、脉冲宽度设置、脉冲相位关系设置和脉冲发生控制；

(3)对于M组中的每一组，在每次脉冲发生操作前，从该组包含的P路脉冲发生通道中选择出x路脉冲发生通道，对选出的x路脉冲发生通道进行优先级排序；

(4)对于M组中的每一组，分别设定该组中选出的x路脉冲发生通道所需的脉冲宽度和脉冲相位，其中设定脉冲相位时，选取选出的x路脉冲发生通道中优先级最高的通道作为基准通道，基准通道的相位为具体相位值，其余x-1路脉冲发生通道的脉冲相位采用与基准通道的相位差值来表示；设定脉冲宽度时，x路脉冲发生通道均采用各自所需的绝对数值表示；

(5)对于M组中的每一组，在每次脉冲发生操作前，确定本次脉冲发生通道个数z，z为大于0并且小于等于x的整数；

(6)对于M组中的每一组，首先产生优先级最高通道所需宽度和相位的脉冲信号，并将产生的脉冲信号通过多路选通器选通输出；然后产生优先级排在次高的通道所需宽度脉冲信号，并根据与基准通道的相位差值关系进行延迟后经过多路选通器选通输出；依次类推，直至本组中选出的x路脉冲发生通道中优先级最高的z路脉冲通道所需的脉冲依照优先级关系依次输出完毕。