计数脉冲

计数脉冲（精选五篇）

计数脉冲 篇1

动力调谐陀螺是一种利用挠性支承陀螺转子,并将陀螺转子与驱动电机隔开,其挠性支撑的弹性刚度是由支撑其本身产生的动力效应来补偿的。他广泛应用于导弹、坦克、火箭、航天器、导航与定位等领域,是陀螺技术发展史上具有重大革新和突破的第三代惯性级精密陀螺。本文将介绍该陀螺的力反馈电路及其脉冲记数电路的实现方法。

1 系统的硬件设计

硬件包含两部分:动力调谐陀螺(DTG)脉冲力反馈系统设计和基于SOPC的数据采集部分设计。

1.1 动力调谐陀螺(DTG)脉冲力反馈系统设计

系统结构框图如图1所示。动力调谐陀螺,力矩器和信号器在硬件结构上是集成为一体的。

利用力反馈回路实现对动力调谐陀螺的锁定,由陀螺漂移及输入角速率产生相应信号器输出控制陀螺仪力矩器中主线圈中模拟电流的大小,信号器输出经过前置放大,滤波和PID校正后送到脉冲调宽电路,与产生的三角波进行合成。陀螺正转时,三角波脉冲宽度增加;陀螺反转时,三角波脉冲宽度减少。通过测量正负通道的脉冲数量来测得陀螺的转速和转向。以下重点介绍三角波产生电路,其原理图如图2所示。

三角波产生器采用双电源±15 V供电,2Q端口输出的是CD4060脉冲源产生的5分频正脉冲信号,由于Q1接成射集跟随器形式,经三级管Q1射集产生的是同步脉冲信号,其输入三级管Q2的基集,高电平时Q2导通电容充电,低电平截止时电容放电。电容反复充放电产生三角波,其周期与时钟脉冲周期相同。放大器提供稳定电压参考值, PNP型复合管Q6与放大器组成恒流源对电容充电。Q3也接成射集跟随器,射集输出与时钟脉冲信号同步的三角波信号,经过RC积分电路产生具有正负脉冲形式的三角波信号。将陀螺输出信号经过放大、滤波、教正后与三角波比较,从而产生调宽波控制极性开关给力矩器加电流。

1.2 SOPC系统的设计

SOPC系统实现对陀螺力反馈脉冲数的采集。SOPC (System on a Programmable Chip,片上可编程系统)是Altera公司推出的一种灵活、高效的解决方案。Altera公司的Quartus Ⅱ软件提供了可编程片上系统(SOPC)的一个综合开发环境,是进行SOPC设计的基础。Quartus Ⅱ支持图形界面设计和硬件描述语言VHDL设计,受文章篇幅限制和便于描述,原有的VHDL设计都已转换为bsf格式,即可被工程文件直接调用的图形符号。首先,在Quartus Ⅱ中创立工程文件,应用Quartus Ⅱ集成的SOPC Builder开发工具创建嵌入式处理器内核NIOS系统,指定目标FPGA和时钟周期,然后添加到工程文件中。Nios Ⅱ嵌入式处理器包含三种内核:经济的(Nios Ⅱ/e)、标准的(Nios Ⅱ/s)和快速的(Nios Ⅱ/f)内核,每种都针对不同的性能范围和成本。使用Altera的Quartus Ⅱ软件、SOPC Builder工具和Nios Ⅱ集成开发环境IDE,用户可轻松地将Nios Ⅱ处理器嵌入到他们的系统中。Nios内核处理器及外围电路的设计如图3所示。

顶层文件设计了一个SDRAM时钟系统和复位电路,该时钟信号由FPGA内部PLL的来产生,可利用FPGA内部的PLL来产生一个内部时钟信号,作为Nios Ⅱ处理器和分频器的时钟输入。该系统设计了一个2 kB片内ROM存储器(OnchipROM)用于存储器代码以及程序运行空间;1 kB片内RAM(OnchipRAM)用于变量存储(R/W数据)、Heap、stack等。FPGA内部其实没有专用的ROM硬件资源,实现ROM的思想是RAM赋初值,并保持该初值,即是只读的。ROM的内容在FPGA进行配置时一起写入FPGA。添加的PIO外设包括时钟信号(CP48M)、使能信号(enable)、复位信号(reset)、七段码驱动信号(show)、片选信号(sel)、小数点显示信号(decimal)等。FPGA内部设计如图4所示,共5个下层模块:分频模块(dividedfre4)、防抖模块(debounce)、计数模块(fretest)、锁存模块(frelatch)、显示模块(display)。这5个下层模块组成一个上层模块。

2 软件部分设计

2.1 软件流程图

软件流程图如图5所示。

2.2 软件功能仿真

Altera公司的Quartus Ⅱ软件提供了可编程片上系统(SOPC)设计的一个综合开发环境,是进行SOPC设计的基础。Quartus Ⅱ集成开发环境包括以下内容:系统级设计,嵌入式软件开发,可编程逻辑器件(PLD)设计,综合,布局和布线,验证和仿真。利用Quartus Ⅱ进行的功能仿真结果如图6所示。

图6中输入被测频率信号input=20 kHz,由局部放大图可知,t=1 s时,闸门信号开启,t=2 s时,锁存计数值,显示为20.00 kHz。局部放大如图7所示。

3 结 语

由试验仿真结果与实际电路中测的数据完全吻合,证明系统设计成功。而前提是动力调谐陀螺运行稳定,所以陀螺脉冲力反馈系统是设计中的重要环节。三角波产生电路是脉冲力反馈回路的核心和硬件调试环节中最需要重视的部分。

摘要：给出一种动力调谐陀螺的测试电路,采用SOPC技术实现了测试记数功能。首先介绍了陀螺脉冲力反馈再平衡回路系统的设计,然后给出了一种基于Altera公司SOPC的嵌入式力矩脉冲计数系统接口的设计,简单介绍了SOPC的特点。详细讨论了脉冲频率计数系统在硬件和软件方面的设计原理与实现方法,同时给出了设计流程图和仿真波形图,最后给出了仿真结果。

关键词：动调陀螺,SOPC,Nios,脉冲计数,力反馈

参考文献

[1]杨春玲,张辉.现代可编程逻辑器件SOPC应用设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2005.

[2]任爱锋,初秀琴,常村,等.基于FPGA的嵌入式系统设计[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004.

[3]周百令.动力调谐陀螺仪设计与制造[M].南京:东南大学出版社,2002.

[4]彭澄廉.基于NIOS的SOPC设计与实践[M].北京:清华大学出版社,2004.

[5]王新国,李爱华,许化龙.光纤陀螺测试系统设计[J].现代电子技术,2004,28(4):46-48.

计数脉冲 篇2

本文介绍了脉冲选通二进制调制的光子计数法及其在微脉冲激光测距应用中的系统结构及测距方程表达式,提出了探测误差概率pe与平均信号光电子数＜n s＞和宽带热背景＜nb＞之间的`关系,最后分析了堆积效应等因素对计数误差(δ)的影响并提出了减小δ的方法措施.

作 者：褚贵福 孙复兴 戴永江  作者单位：哈尔滨激光技术研究所, 刊 名：光电子・激光  ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF OPTOELECTRONICS・LASER 年，卷(期)：2001 12(8) 分类号：P225.2 关键词：脉冲选通   光子计数   堆积效应  

★ 激光教学反思

★ 激光热处理技术

★ 仪器室标语

★ 仪器维修验收范文

★ 仪器售后服务承诺书

★ 仪器借用合同

★ 天文台游记的作文400字

★ 云南劳动合同

★ 导游词云南

基于税控加油机的脉冲计数方法 篇3

目前, 国内的税控加油机种类较多, 但主要有两种, 一种是固定油量为0.5升的, 脉冲输出数为60的税控加油器;另一种是固定油量为0.56升的, 脉冲输出数为60的税控加油器。

1.1 脉冲计数原理

传统的税控加油机脉冲计数方法主要有中断计数法、定时扫描法、一路脉冲检测法等。这几种方法的工作原理都比较类似, 均是检测到有脉冲通过时, 脉冲计数器就加“1”。

当60的脉冲从传感器传出后, 一分为二, 分别分为两路30个脉冲, 而每个一个脉冲对应的加油量则为0.5升或0.56升。即每次加油0.5升或0.56升时, 脉冲计数器加“1”, 上限为60, 计价表对应计数器加“1”后, 乘以当时的成品油单价, 显示加油总价。

1.2 脉冲产生电路

脉冲产生电路是实现脉冲计数方法的重要组成部分, 传感器将加油量转换成脉冲信号, 经脉冲产生电路, 产生相应的电流, 检测到脉冲电流后, 使得计数器开始计数。

其主要有两个光槽和三个9014三极管组成, 另外还有部分电阻、电容。在税控加油机工作时, 随着油的输出, 通过传输带带动内部分度盘旋转, 而分度盘上的透光孔随着油量的增加而旋转, 依次通过两个光槽, 使得光导电管产生反应, 与9014三极管不断的连通、断掉。9014三极管b极在高电平条件下导通, 通过电阻产生电流;9014三极管c极在低电平条件下断掉, 输出脉冲。由于分度盘的不断旋转, 故交替产生计数脉冲, 脉冲通过计数器的感应, 依次进行计数。

1.3 存在的问题

传统的脉冲计数方法计数原理简单, 应用较广泛, 但仍然存在一定的问题, 具体如下:

(1) 在计数的过程中可能会出现干扰脉冲, 该脉冲会影响计数的准确性, 导致加油数与实际输出油量不符的情况, 给企业带来损失。

(2) 每一个脉冲对应的加油量过大, 一般为0.5升或0.56升。以0.5升为例, 在加油的过程中, 如果正好加油量为10.4升, 则计数器显示“20”, 而此时0.4升则不被计数, 若此时顾客终止加油, 则剩余的0.4升油并未达到计数0.5升标准, 显示加油量上得不到显示, 顾客显然不必为此0.4升油买单, 长期以往, 加油企业的损失较大。

综上所述, 传统的税控加油机的脉冲计数方法虽然比较方便, 原理简单, 但其计数准确性精度普遍较差, 仅适用于加油业务较小的企业, 不适用于加油业务较大的企业。

2 两路脉冲相位比较计数方法

2.1 计算原理

从前面的分析可以得知, 当加油的过程中, 传感器将输出来两路30的脉冲信号, 而脉冲信号的数量与加油量是成正比的, 每次检测到的脉冲数计数加“1”。而两路脉冲的信号几乎是对半分的, 因此可以利用其相位关系, 来提高脉冲计数次数, 以达到加强加油精度的目的。

2.2 两路脉冲的相位关系及检测时间

对两路脉冲进行分析, 其经过9014三极管后, 如果第一路低电平脉冲, 第二路前一半为低电平脉冲, 后一半则为高电平脉冲。因此可知, 两路脉冲的相位组合要么是“低低”、要么是“低高”;相反如果第一路为高电平脉冲, 则第二路前一半为高电平, 后一半为低电平, 两路脉冲的相位组合为“高高”, “高低”。

由于两路脉冲的相位变化周期为0.5ms, 所以扫描的检测时间间隔也设定为0.5ms。

2.3 计数方法及优点

综上所述, 当正常运转时, 产生的相位应为:“低低”、“低高”、“高高”、“高低”, 并不断循环。所以利用其关系, 只要检测到由低电平变高电平, 或由高电平变低电平, 计数器加“1”, 这样比传统的脉冲计数法的计量次数增加了一倍, 精度也随之增加了一倍。

除此以外, 还克服了传统脉冲计数法无法判断干扰脉冲的缺点, 只要检测到的相位变化不是按照顺序的, 则可以认为该脉冲是干扰脉冲, 计数器不予以计数;同样, 当检测到的相位变化正好相反时, 则可以判定出现了漏油的情况。

3 基于税控加油机的脉冲计数的硬件组成

基于税控加油机的脉冲计数的硬件设备主要由以下四部分组成, 分别是计量微处理器与存储器、监控微处理器、税控存储器和连接设备。

3.1 计量微处理器与存储器

计量微处理器是税控加油机的心脏, 控制着加油机所有的功能。税控加油机在工作的过程中, 由传感器传来的脉冲信号, 然后再对该信号进行计数, 处理为数据信息后传输给计量微处理。

计量存储器主要起到存储功能, 比如存储加油数量、油价、油量金额、系数、关闭油门的时间、量以及加油的总量等数据。

3.2 监控微处理器

该设备是为了适时检测加油量是否准确, 税控加油机是否电路接入准确, 是否处于正常的工作状态。如果检测一切正常, 那么监控微处理器不会做出任何反应;但是如果出现了任何异常的情况, 监控微处理器会立刻做出反应, 将关闭税控加油机的电机与加油阀门, 以保证税控加油机使用的安全性。

3.3 税控存储器

该仪器是为了能够长期保存税务数据, 它必须具有一定的数据保护功能, 除此以外为了防止断电等不利情况的发生, 应保证瞬间断电时加油数据仍然可以安全保存。另外还必须确保其在恶劣环境下也可以正常工作, 例如要求其可以耐高温、低温, 防强风、污垢环境、油烟环境, 以及辐射环境、电磁干扰环境等, 即要求其在绝大部分环境下, 甚至较恶劣环境下仍然可以安全保存和读取其中的加油数据。

3.4 连接设备

以上三者的设备通过四条接口线来进行连接, 分别为时钟线、数据线和两条握手线。另外税控加油机的主板也必须与税务部门的税务计算机进行连接, 以方便数据的直接交换, 同时在这之间的网络传输间必须采取一定的安全措施, 保证税务部门与加油企业之间数据传输的安全性。

4 结束语

传统的脉冲计数方法在应用的过程中存在精度差的缺陷, 通过对计数方法的改进, 采用了两路脉冲相位比较计数方法, 可以通过对两路脉冲相位的比较检测, 并设定0.5ms的定时扫描时间, 基本可以做到随时对加油总量的控制, 降低税控加油机的误差, 可以有效控制加油企业的成本, 提高其经济效益。

参考文献

[1]张瑞华, 袁东风.基于税控加油机的脉冲计数方法[J].工业控制计算机, 2005 (18) .

[2]赵亮, 侯国锐.单片机C语言编程与实例[M].北京:人民邮电出版社, 2003 (9) .

计数脉冲 篇4

关键词：PLC,脉冲计数,数字量输入模块,响应时间,扫描周期

0 引言

CMX6是一台国内自主研发的高性能6MHz医用电子直线加速器, 其采用了PLC作为加速器的主控制器, 用以完成加速器各种运行状态和参数信号的测量与运行过程控制, 其中包括一些重要的脉冲计数信号的测量。在医用电子直线加速器的控制设计中, 剂量信号、位置信号、速度值或流量值等过程控制变量可能是以序列脉冲信号的形式给出, 通过对这些脉冲信号的计数测量, 并配合相应的PLC程序处理对采集到的计数值进行换算, 就可以获得这些过程控制变量的测量值。

1 PLC 的脉冲计数测量方法

商用PLC产品的I/O模块配置齐全, 一般均包含有专用的脉冲信号输入模块。但一般脉冲信号输入模块的价格较高, 在对频率较低的脉冲信号进行计数时, 如果能使用数字量输入模块 ( DI模块) 代替脉冲信号计数模块来测量脉冲信号, 则可以节约硬件成本, 并精简了PLC的模块组成, 通常一个DI模块可提供多达32路甚至64路输入, 而专用脉冲计数模块则只提供至多4路输入。系统设计中需要考虑的问题是DI模块测量脉冲信号的最小脉冲宽度和最大频率范围受限, 可测信号范围取决于输入模块的响应时间和程序扫描时间等PLC性能参数和用户程序规模。我们以日本横河电气公司FA - M3系列PLC为例, 分别讨论脉冲输入模块和DI模块用于脉冲信号计数测量的实现。

2 脉冲信号输入模块

横河电气 公司的FA - M3系列PLC可选用型 号为F3XS04的脉冲信号输入模块来进行计数测量。F3XS04模块内置4路独立的16位计数器, 可同时对4路脉冲信号进行计数, 计数频率范围是0 ~ 20KHz, 要求被测信号的脉宽大于10μS[1]。

F3XS04模块独立于用户程序工作, 计数过程不需要占用CPU处理时间, 因此也不受PLC程序扫描时间的限制, 只需要通过相关指令, 写入模块的寄存器值来控制模块的工作。

PLC产品中的此类专用模块具有功能完善、性能好等特点, 用于普通的脉冲计数测量完全可以胜任, 但其劣势在于单模块的通道数量少、模块成本高。

3 采用常规 DI 模块进行脉冲计数测量

采用常规DI模块进行脉冲计数测量的原理是通过PLC的周期性程序执行循环, 精确测量与记录在测量期间DI输入信号的状态切换次数。此方法的使用必须满足一个条件:脉冲信号的宽度和脉冲间隔必须大于程序扫描周期, 也就是说可测信号的最小周期是程序扫描周期的两倍。

输入信号的上升沿和下降沿特性对测量精度也有一定影响。一个完整的脉冲信号包括脉冲宽度和脉冲间隔, 要想测量脉冲信号, 就必须完整地测量出和[2]。PLC的DI模块测量信号有一个滞后过程, 在测量脉冲信号时, 有一个上升沿和下降沿的滞后时间。

因此, 需要考虑DI模块的响应速度对测量的影响, 其原理如图1所示, 和是DI模块对脉冲信号的滞后时间。由于存在滞后, 要完整测量脉冲信号必须满足以下条件:

(1) 脉冲宽度;

(2) 脉冲周期;

(3) 脉冲间隔。

对于我们所采用的横河电气公司的FA - M3系列PLC产品, 其常规DI模块的输 入信号响 应时间在 分0μS、62. 5μS、250μS、1ms、16ms五档可调, 当响应时间设定在0μS时, 输入信号的采样滞后时间相对于PLC程序毫秒级的扫描时长来说可忽略不计, 即T1、T3远小于被测信号的脉宽和周期, 此时对可测脉冲计数信号的脉宽 /频率限制只需要考虑程序的扫描周期。

PLC的运行程序采用循环扫描的工作方式, 系统工作任务及应用程序都是以循环扫描的方式完成。PLC周而复始地执行一系列任务, 这些任务每次自始至终地执行一遍, CPU就经历了一个扫描周期, 通常在一个扫描周期内, 执行指令的时间占了绝大部分, 因此, 扫描周期的长短主要取于程序的长短, 即用户程序完成的时间。由于每一个扫描周期只进行一次I/O刷新, 因此PLC系统存在输入、输出滞后, 但对于脉冲计数测量来说, 滞后不影响测量精度。

综上所述, 为了使脉冲信号能够响应到I/O映像寄存器中并被程序采集到每一次信号状态变换, 必须保证脉冲信号发生变化后的保持时间大于PLC扫描周期, 也就是脉冲的宽度和脉冲间隔时间必须大于一个扫描周期, 即可测信号最小周期为程序扫描周期的2倍。

若选用横河FA - M3系列的F3SP71作为CPU, 对于一套包含4个32点DI模块和4个32点DO模块、执行程序为60K步的LD和OUT指令组成的PLC系统, 其典型的扫描时间为0. 3ms[3], 其可测的脉冲计数信号的最小周期为0. 6ms, 可推算得该PLC系统可测量频率低于1. 667KHz的脉冲信号。

4 采用高速 DI 模块进行脉冲计数测量

以上分析的是常规DI模块测量脉冲计数信号的情况。实际的脉冲信号很可能不是占空比50% 的方波信号, 更常见的脉冲信号是脉冲宽度较窄、周期较长的低占空比信号 ( 高占空比信号可通过反相器转换) , 此时若采用常规DI模块进行脉冲计数测量, 则因受限于脉冲宽度必须大于程序扫描周期的特性, 可测信号范围大大缩小。

对于此类窄脉冲信号, 我们可采用带采样保持的高速DI模块进行脉冲计数测量。如FA - M3系列中的F3XH04高速DI模块, 可捕捉最小50μS脉宽的输入信号。采用F3XH04进行脉冲计数测量, 程序处理还可选择中断的方式, 此刻对输入信号的限制是其信号周期必须大于0. 5ms, 也就是说中断方式可以测量频率低于2KHz的脉冲信号。由于过于频繁的中断可能会影响主程序的处理, 所以在实际应用设计中, 还需要考虑这个因素, 来确定实际可测量的脉冲输入信号的最高频率[4]。

5 总结

通过上述分析可知, FA - M3系列PLC的专用脉冲输入模块和DI模块均可用于脉冲信号的计数测量, 对于采用高速DI模块的方案在软件处理上还有循环扫描处理和中断处理两种不同的选择, 在具体的应用设计中可根据信号的特性选择测量方案。脉冲信号计数模块内置硬件计数器, 工作不受PLC扫描过程的影响, 可计数较高频率的脉冲信号, 其缺点是模块价格高、单模块通道数量少。DI模块受PLC系统扫描时间和模块性能参数的限制, 对待测脉冲信号的频率和脉冲宽度都有要求, 不能做到像脉冲计数模块那样可以测量高频率的脉冲, 但DI模块成本低、集成度高, 在频率要求不高的情况下, 可优先考虑采用。本文讨论的具体参数结果针对FA - M3系列PLC, 但这些原理分析与方法基于常见的PLC硬件基础, 因此可推广至其他PLC产品的应用设计中。

参考文献

[1]Pulse Input Module.Instruction Manual of FA-M3.Yokogawa Electric Corporation.

[2]李璐.DI模块测量脉冲信号的理论研究及其应用实例[J].自动化仪表, 2007, 28 (10) :65-67.

[3]Sequence CPU Instruction Manual–Functions (for F3SP71-4N/4S, F3SP76-7N/7S) .User’s Manual of FA-M3.Yokogawa Electric Corporation.

计数脉冲 篇5

本系统以单片机、8254计数器及CPLD进行电路设计,利用上位机进行预置通道、频率和计数值等参数,达到了所需模拟源的技术要求,并具有较高的可靠性和灵活性。

1 系统设计

1.1 系统结构

系统设计采用Intel公司的80C196KB单片机为控制核心;以Intel公司的可编程计数器/定时器8254为主要实现芯片,其工作模式见参考文献[4];采用CPLD作为逻辑控制单元逐级控制实现多通道、不同频率与个数,且可以同时发出单个脉冲或组脉冲模拟源。

在设计中,双端口存储器IDT7130是单片机与计算机并口之间通讯的纽带,单片机的地址和数据由IDT7130的A口进行读写操作;PC机的地址和数据则由B口进行读写操作;二者可以实现异步读写操作,适用于单片机与PC机之间的大量数据高速双向传送。控制信号及参数设置由上位机通过EPP模式并口发送给IDT7130的A口,而单片机则通过B口获取这些指令及参数进而控制8254与CPLD的运行。单片机的数据总线、地址总线和控制总线是单片机与外部存储器、I/O接口芯片进行信息交换的惟一通道。三线处理的正确与否,直接关系到整个系统的运行质量。系统接口连接框图如图1所示。

1.2 8254计数器级联原理与实现

为满足不同测试环境对脉冲的需求,模拟源的设计必须有大幅度的可变性与可调性,其脉宽、频率以及脉冲个数的范围应该可以预置的。把其设计原理以一具体例子来描述如下:若模拟源的脉冲信号个数可预置范围是0～224,可选通道为6个,则至少需要24位计数器,但1片8254中每个计数器/定时器都是16位的,每片8254集成有3个这样独立的计数器/定时器。在设计的过程中可以采用3片8254级联实现此功能。3片8254共计9个计数器/定时器,使用其中的8个,在功能分配上,2个用于控制奇数和偶数通道的频率,3个级联用于产生奇数通道的脉冲个数,3个级联用于控制产生偶数通道脉冲个数。将8254作为任意分频器和计数器使用,通过对8254计数器频率和初始值的设置实现了模拟源脉冲任务功能。

现以实现3FFFF4H个脉冲为例介绍3个奇数通道工作过程,如图2所示。由于8254的计数器是16位的,要实现24位的脉冲信号,可将其脉冲数分为高、中、低位分别实现。3FFFF4H=40H*FFFFH+34H,即高位为40H,低位为34H。让U1的计数器0工作于模式2的分频状态,其时钟信号就是设定的晶振频率的脉冲信号,计数器1用来控制脉冲个数的低位,计数器2用来控制脉冲个数的中位,U2的计数器0用来控制计数器的高位。

要得到需要的脉冲个数,应将U1计数器0的输出脉冲P2的作为U1的计数器1和计数器2的时钟输入信号。计数器1工作在模式1条件下,门控由U2的计数器0输出端控制,计数完毕后输出高电平。其初始值为34H,当计数器计满34H时,其输出端P5由低变为高电平,停止计数。U1计数器2和U2计数器是用于产生中位和高位脉冲,计数器2设置为方波发生器的模式3状态下,其初始值为FFFFH,并将其输出端作为U2计数器0的时钟信号。此时计数器0工作在模式1计数状态下,并预置初始值为40H,也就是当U1计数器2每计满一个FFFFH时,其输出端的上升沿跳变就会触发U2的计数器0,使其计数1次,当此计数器计满40H时,其输出端P4呈现高电平,再触发U1的计数器1,当计数器1计满后,这样就共计40*FFFFH+34H个脉冲。为了保证计数时计完高位再计低位,将U2计数器0的计数输出信号作为U1计数器的门控信号,这样在U1计数器2和U2计数器0计完高位后,用U2计数器0的输出端的高电平跳变来启动U1计数器1开始工作,从而保证了计数器在低位和高位的时间上无重叠。

1.3 脉宽调制

在通常的测试仪器中,两个设备通过隔离光耦进行信息通信。光耦的灵敏度各不相同,一般光耦对只有几纳秒的脉宽是感应不到的,所以,为了使信号模拟源更有通用性,可以使信号先通过单端稳态触发器74HC123进行脉宽调制,其输出脉宽可由公式tw(out)=KCxRx计算得出,其中Cx,Rx即为图2中的R1和C3的值。把分频后的脉冲信号P2经脉宽调制后可以输出任意脉宽,从而适应了各种测试需求,使脉冲模拟源具有更大的灵活性。调试前后的脉冲波形如图3,图4所示。

1.4 通道控制

为实现多通道的脉冲输出,可以使用CPLD作为通道控制逻辑单元,CPLD逻辑控制如图5所示。为使经过脉宽调制后的F1在输出端P4和P5都为高时停止输出,则使P4和P5和单片机高速输出端HS03共同通过一与门变为一路信号,再和F1共同通过一或门,这样就可使时钟在脉冲数输出完毕后停止F1的输出,此时由或非门输出的脉冲个数正是所设置的个数。在该逻辑单元中,P4和P5与高速输出端HSO3作为计数停止控制信号,SET1-3作为通道选择控制信号,具体电路如图5所示。

对计数的每个计数器,必须有初始值,且初始值不能为0,即低位、中位与进位必须有初始不为0的数。这样才能保证计数的顺利进行。当脉冲个数设置为1时,中位与进位必须为0,这时需要修改计数器的工作模式(在单片机程序中实现),只需把低位计数器的改为模式5(硬件触发的选通信号发生器),初始值设为10即可。此时发出的脉冲是单脉冲,其脉冲宽度为一个时钟周期。

2 软件设计

在本系统中,软件部分分为单片机控制软件和上位机软件,单片机控制软件是整个设计的核心,肩负着双机通信及控制整个系统的任务,他从上位机获取执行命令和执行相应的操作。 在单片机软件设计中,因为单片机与上位机要保持实时通信关系,所以首先完成的是双机通信问题。这里采用异步通信方式,使用双端口存储器作为双机之间数据传输的纽带,采用计算机并口EPP通信方式。在工作过程中,计算机先将协议规定的命令发送给双端口存储器,然后单片机从双端口存储器获取指令数据对系统进行控制[5]。双方使用握手信号作为双方的通信协议,握手信号在单片机主程序中循环产生。

3 结 语

脉冲模拟源的准确性以及精度一直是测试系统中比较关注的问题,他是检测系统性能的重要指标之一,其性能的好坏直接关系到测试的准确性。实验表明,该设计方案可靠性极高:预设置频率与实现频率的误差在±0.02%以内,脉冲个数准确率达100%。另外,该系统还与某型号变换器进行的联试,通过上位机接收所发出的脉冲个数,试验表明接收的脉冲个数与频率和所设置的参数完全吻合。

参考文献

[1]王永山,杨宏五.微型计算机原理与应用[M].2版.西安:西安电子科技大学出版社,1999.

[2]周治良,张斌珍.一种基于单片机及CPLD测试台的设计与实现[J].仪器仪表学报,2006(6):2 389-2 391.

[3]周祥萍,韩忠良,李铁军.可编程定时/计数器8254的方式控制字及应用[J].煤炭技术,2005,27(5):27-29.

[4]任勇峰.飞航导弹遥测匹配装置自动监测系统研究[D].太原:华北工学院,2000.