基于FPGA的時間間隔測量模塊設(shè)計

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
系統(tǒng)硬件設(shè)計是整個系統(tǒng)的骨架，是數(shù)字電路設(shè)計的核心部件。所有程序代碼都在FPGA內(nèi)部運(yùn)行，但是要使FPGA能夠正常運(yùn)作，需要架構(gòu)一些基本的硬件支撐FPGA小型系統(tǒng)。
時間間隔測量系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要包括：信號接口、電源、時鐘等模塊。
1)信號接口電路 信號接口電路主要用于接收外部輸入信號并進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，以使協(xié)處理器得到穩(wěn)定電平的信號，起到保護(hù)協(xié)處理器的作用，并起到外部電壓波動的抗干擾作用。
2)電源 為使儀器直接與外部的市電220 V相接。這里外部電源采用開關(guān)電源220 V轉(zhuǎn)換5 V，內(nèi)部電源采用5 V轉(zhuǎn)換3．3 V電源模塊和5 V轉(zhuǎn)換1．5 V電源。整個儀器的內(nèi)部工作電壓為5 V、3．3 V和1．5 V 3種電壓模式。
3)時鐘 時鐘模塊是協(xié)處理器夠正常工作的保證，同時也是測量儀獲取時間間隔的重要依據(jù)，本設(shè)計計數(shù)功能模塊采用脈沖計數(shù)法來獲取時間間隔，設(shè)計時需要考慮校準(zhǔn)時鐘，以便定期對時鐘進(jìn)行校準(zhǔn)。
整個硬件電路原理設(shè)計如圖2所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
測量模塊內(nèi)部需要的集成電路都是通過軟件來實現(xiàn)，所以，先設(shè)計系統(tǒng)軟件流程計。其軟件設(shè)計包括：信號預(yù)處理、計數(shù)程序、總線控制器、鎖存器等模塊設(shè)計。
由于該系統(tǒng)軟件設(shè)計的4大模塊的設(shè)計過程類似，所以這里只介紹信號預(yù)處理模塊的設(shè)計流程及其后面的功能實現(xiàn)及仿真。
由于時間間隔測量儀在實際使用中可能會受到各種干擾，在靶場實際應(yīng)用中，經(jīng)常會存在蚊蟲干擾，沖擊波干擾，細(xì)小物體和外界光線的干擾，因此，需要在時間間隔測量儀的前端做濾波程序，但由于器件自身的特性及環(huán)境的復(fù)雜性，實際應(yīng)用中信號由光電靶傳輸?shù)綍r間間隔測量儀會存在誤跳變誤觸發(fā)現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會導(dǎo)致時間間隔測量儀的誤判及誤測，針對這種異常現(xiàn)象，時間間隔測量儀可以模擬人的視覺來接收環(huán)境信息，并由神經(jīng)沖動進(jìn)行信息傳遞，采取神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)感知識別措施非常必要，識別程序流程如圖3所示。

啟動時間間隔測量儀，感覺器等待信號的到來，如果有信號，立即進(jìn)行感知判斷，詢問是否為信號l，如果為信號1，則判斷是否啟動計數(shù)，若計數(shù)程序正在執(zhí)行上一次信號的工作，則不啟動計數(shù)器，否則啟動計數(shù)器并發(fā)出中斷信號，發(fā)出開始信號，即使中斷置為高電平，通知主控制器準(zhǔn)備讀取數(shù)據(jù)，開始置為高電平。如果不是信號l，也就是當(dāng)信號2到來時，則判斷是否停止計數(shù)器，如果信號2到來前未收到信號l，則感知程序可認(rèn)為此時的信號2為無用信號，直接丟棄。如果信號2到來前已收到信號l，并已在計數(shù)，但若小于預(yù)設(shè)的閘門關(guān)閉時間，則不關(guān)閉閘門，即中斷保持高電平不變，停止信號保持低電平。等待計數(shù)程序(計數(shù)模塊)結(jié)束發(fā)出復(fù)位信號，否則發(fā)出停止信號，即使停止置為高，計數(shù)器停止計數(shù)。若計數(shù)程序結(jié)束，則發(fā)出巾斷信號，使中斷置為低電平，進(jìn)入下一步丁作。