瞬變光輻射采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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在電路中采用的方法是：A／D轉(zhuǎn)換器按照固定的轉(zhuǎn)換頻率進(jìn)行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，通過(guò)FPGA控制數(shù)據(jù)的變速率存儲(chǔ)。其具體的VHDL設(shè)計(jì)步驟如下：
(1)實(shí)現(xiàn)采樣時(shí)鐘的逐次分頻；
(2)調(diào)整逐次分頻的占空比，以防止數(shù)據(jù)存儲(chǔ)錯(cuò)誤；
(3)設(shè)計(jì)使能信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)每組只存儲(chǔ)32點(diǎn)。
由于系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)信號(hào)采集時(shí)間長(zhǎng)度是固定的，故變頻存儲(chǔ)的變頻次數(shù)是有限的。初始存儲(chǔ)時(shí)間間隔△t=0．01 ms，其變頻次數(shù)不超過(guò)16次。故本方案中設(shè)計(jì)一個(gè)16位計(jì)數(shù)器counter16，對(duì)200 kHz采樣時(shí)鐘計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器counter16的第0～15位的輸出，即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)200 kHz采樣時(shí)鐘的逐次二分頻。但是由于從counter16(1)開始，每個(gè)低位輸出時(shí)對(duì)應(yīng)著K個(gè)有效數(shù)據(jù)，但存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)只會(huì)是最后一個(gè)有效數(shù)據(jù)，這樣可能會(huì)造成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)出錯(cuò)，故需要對(duì)counter16(1)～counter16(15)進(jìn)行占空比調(diào)整。將占空比從1：1調(diào)整為1：(2K-1)，其中K為整數(shù)(K=2～32 768)。調(diào)整占空比VHDL的思路為設(shè)計(jì)一個(gè)16位的counter16_v計(jì)數(shù)器，將counter16的相應(yīng)位進(jìn)行相與后賦給相應(yīng)的counter16_v。
由于每組只存儲(chǔ)32個(gè)數(shù)據(jù)，因此對(duì)應(yīng)每組還要設(shè)計(jì)相應(yīng)的16 b使能信號(hào)dcnt。方法是對(duì)clk_200K計(jì)數(shù)，存儲(chǔ)開始后，開始64個(gè)clk_200K時(shí)鐘將第一組數(shù)據(jù)使能信號(hào)dcnt(o)置為高電平，然后保持低；接著對(duì)128個(gè)clk_200K時(shí)鐘將第二組數(shù)據(jù)使能dcnt(1)置為高電平，然后保持低。按照這種方法可將16個(gè)使能信號(hào)從dcnt(0)～dent(15)設(shè)置好。變頻存儲(chǔ)的使能頻率為ad_clk。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/194600.htm
這里給出基于Altera公司的FPGA Flex10K系列的EPF10K20TC144-3。圖5為變頻存儲(chǔ)時(shí)，采樣頻率clk_200K與其他信號(hào)關(guān)系及其時(shí)序波形。系統(tǒng)先以默認(rèn)的采樣頻率進(jìn)行采樣，當(dāng)識(shí)別檢測(cè)模塊判定信號(hào)發(fā)生時(shí)(siggen變?yōu)楦唠娖?，開始輸出經(jīng)過(guò)變頻的采樣數(shù)據(jù)，每隔32點(diǎn)，存儲(chǔ)頻率下降50％，直到系統(tǒng)所要求的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)為止，采集到波形如圖6所示。當(dāng)采樣的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)符合系統(tǒng)的要求后siggen信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，ens屏蔽采樣的數(shù)據(jù)。等到FIFO清空后，ens重新變?yōu)楦唠娖剑謴?fù)默認(rèn)的采樣時(shí)鐘，重新開始采樣、識(shí)別和存儲(chǔ)工作。
4 結(jié)論
根據(jù)瞬態(tài)光輻射探測(cè)系統(tǒng)的整體要求，本文提出了基于目標(biāo)信號(hào)特性基礎(chǔ)上的變頻采集方案，以FPGA為核心控制和處理單元，采用模塊化設(shè)計(jì)思想，編程實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采樣和存儲(chǔ)的控制。按照工程要求，完成了編程、仿真和外圍硬件電路的搭建，實(shí)現(xiàn)了對(duì)瞬變光輻射信號(hào)的數(shù)據(jù)采集。該方案有效降低了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)于存儲(chǔ)容量的要求，同時(shí)也減小了對(duì)數(shù)據(jù)處理量，對(duì)于其他數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量有要求的數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)具有很好的借鑒作用。
評(píng)論