基于FPGA与ARM的多路时序控制系统设计与实现

介绍了基于FPGA与ARM7的多通道、多时间范围的同步时序控制系统,采用FPGA实现20路高精度的信号延时输出控制,通过ARM7的数据总线接口实现了ARM与FPGA的数据交互;重点介绍了系统的硬件电路设计、ARM与FPGA总线的设计和FPGA内部程序模块的设计;各通道的输出信号类型与延时时间等参数均可以通过人机接口现场配置,也可以通过上位机软件来配置;该设计可以保证各通道信号通过外触发信号为基准来进行延时输出,系统的延时时间精度小于2μs;ARM7处理器芯片采用PHILIPS公司的LPC2214,FPGA采用Altera公司Cyclone系列的EP1C12Q240;采用硬件描述语言Verilog HDL来设计延时模块,延时精度达到1μs;该系统在靶场测试中验证了其正确性和有效性。     

一种FPGA芯片在射频干扰下的失效机理

研究了一种Xilinx公司FPGA芯片XC7A200T-2FBG676在射频干扰下的失效机理。通过对该FPGA内核供电引脚注入射频干扰发现,某些频率下,随着干扰强度的增大,FPGA会依次出现三种不同类型的失效,分别为该FPGA的内核失效、I/O失效和配置失效。测试分析和HSPICE仿真表明,内核失效是由于BRAM的逻辑层抗扰性差所致,I/O失效是由于射频干扰下输入/输出信号的同时失真所致,配置失效则是由于配置系统读取错误的配置使能信号所致。研究可为该FPGA芯片或者系统电磁兼容设计以及该FPGA抗扰性检测方案的制定提供指导。     

基于FPGA自主控制浮点加减控制器设计

为实现一种能够自主完成浮点数加/减运算功能的浮点数加/减运算执行控制器,提出了一种基于采用FPGA并行操作电路硬连接的浮点数加/减运算控制电路及其时序控制方法;该控制器在接收到操作数类型与参与运算的操作数后,在内部时序脉冲作用下,可以自主完成操作数的配置以及浮点数加/减法运算的功能,运算结果传输到系统数据总线;论述了该控制器的电路构成和基本原理,分析操作数类型与操作数在内部时序脉冲作用下的执行过程,应用Verilog HDL语言实现相关硬件的构建和连接;设计完成后通过仿真测试可知,该控制器运行的最高频率可达178.317 M,从输入端口到输出端口的延时数据为:最小延时是3.185 ns,最大延时是15.336 ns,耗用的IO输入输出端口占总资源的27.92%,数据表明该控制器提高了运算器的运算速度,且能够自主完成浮点数加/减运算。     

基于FPGA的光纤陀螺自适应LMS滤波算法研究

光纤陀螺仪的精度严重制约着以其为核心的惯性导航系统精度,为进一步提高系统精度须对光纤陀螺进行滤波处理。本文在自适应LMS滤波算法的基础上,以FPGA实现光纤陀螺数据的采集和滤波处理。以光纤陀螺的延时信号作为参考值,实时自适应调整陀螺不同时刻输出的权值来实现对噪声的滤除。在FPGA中,利用有限状态机的方式来完成该滤波算法的实现,同时完成权值系数的更新和信号采集等模块的功能。结果表明,经过FPGA采集并滤波后的光纤陀螺信号中的噪声分量明显降低,滤波延时远小于采样周期,完全满足工程实际需要。     

采用可编程I/O接口的多路串行通讯模拟器设计

某航天器闭式贮箱增压控制系统的测试中,需要设计具有多路串行通讯接口的模拟器,用于模拟数字式压力传感器的输出信号。对于72路串行发送和10路串行接收功能,若采用传统商用的标准串行通讯接口板,则整个模拟器需要十多套板卡,系统复杂,体积大,且多个通道之间难以实现同步与实时控制。为此提出了一种采用多路可编程I/O接口板实现485通讯功能的方案,借助于LabVIEW软件开发平台,由FPGA编程实现通讯协议;并配置信号调理板以实现信号的隔离传输和驱动。最终仅用一台小型便携式设备和三块板卡就实现了模拟器的所有功能,可以灵活地根据系统设置的工作模式模拟传感器的输出,在增压系统的测试中表现优异。试验结果表明,此种设计方案具有较强的通用性和适应性,可以广泛推广到多种通讯应用场合。     

一种执行机构等效装置设计

为了满足航天器桌面散态匹配试验测试需求,研制一种基于PC104总线的执行机构等效装置,详细阐述了等效装置的功能、工作原理、硬件电路设计、软件设计思想,该系统采用模块化、可配置软件架构设计,实现了正常、应急多测试工况一体化设计;应用严格的窗口比较器硬件电路设计技术,实现信号电压幅值的高精度采集,确保输入信号的可靠判定;利用FPGA技术突破信号脉宽高精度采集和信号延时高精度可控等关键技术,该系统实现了输入信号幅值、脉宽的实时采集、存储与显示,并按照事先设定的工作模式及配置参数,完成不同测试工况下输出信号的模拟反馈。试验结果表明,系统稳定可靠,人机界面友好,满足航天器多测试工况控制时序和功能检查需求。     

把PC—1500袖珍机作为实验室仪器

直接利用PC—1500袖珍机的60线端口,自制输入/输出(I/O)接口,实现PC—1500与外部世界的联系,扩展数据采集、数据传输、控制外部设备等应用近年来已有报道。本文在简要叙述PC—1500并行I/O接口技术的基础上,报告把PC—1500作为实验仪器,实现频率测量、毫伏信号检测以及作为函数发生器的原理和方法。     

基于现场可编程门阵列的加速器同步控制器设计

针对加速器驱动次临界系统(ADS)注入器Ⅱ的控制中对于同步触发信号的要求,设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的高精度同步控制器,它能为加速器设备提供同步工作所需的脉冲信号。控制器采用粗延时结合精延时的方式,FPGA实现粗延时,专用延时芯片实现精延时,提高了延时精度,同时增大了延时、脉宽及周期的调节范围。测试结果表明,该控制器输出脉冲的最小延时步距为0.25ns,延时、脉宽及周期调节范围为1μs~2s,周期抖动的标准偏差为70ps。该控制器输出信号满足要求,程序界面操作简便,通过串口RS-422远程控制稳定可靠。     

远程控制高时间分辨多通道脉冲发生器设计

基于FPGA为四分幅相机研制了高时间分辨的多通道脉冲发生器;该系统具有4个独立的输出信号,配合高压快门电路实现对分幅相机4个通道曝光时间和延迟的控制;采用FPGA内部计数方法实现各个通道输出脉冲的宽度和延时的精确调节,同时采用光纤通信的方式实现远程控制,并利用高速高压输出驱动接口提高了系统的输出能力;研制的同步脉冲发生器最小时间分辨可达4 ns、输出幅度可达7.5 V、传输距离大于10 km。     

用于激光尾波场中电子束电荷测量的积分束流仪标定

 利用数字信号发生器及示波器对积分束流仪(ICT)的输入输出特性进行了标定,给出了不同脉冲宽度及幅度的输入信号与ICT输出结果的电荷量比值关系、输入脉冲对ICT的输出脉冲宽度的影响以及ICT对连续脉冲信号的输出响应等。标定结果显示:ICT的输入输出满足很好的线性关系;当输入连续脉冲的间隔小于一定程度时,ICT将会视为一个信号输出;ICT的输出脉冲形状及脉冲宽度与输入信号的形状及幅度无关。