[实用新型]一种基于FPGA的数据采集和脉冲产生系统

说明书

本实用新型公开了一种数据采集和脉冲产生系统，可产生四路同步脉冲信号和四路开关信号，并对微秒信号和直流监测信号进行数据采集。对于脉冲产生模块，其四路脉冲的重复频率、脉冲数量、脉冲宽度和四路之间的相对延迟时间等脉冲参数可由上位机设置。可通过软件和外部信号来控制脉冲信号的产生与停止。微秒信号采集模块可设置采集点数，共有四个通道，可对脉冲在50us~200us的微秒信号进行数据采集。直流监测信号采集模块有八个通道，前四个通道可采集电压信号，后四个通道能够采集电流信号。脉冲产生模块的实时状态参数和采集到的数据经以太网通过UDP模式上传到上位机。

技术领域

本实用新型涉及数据采集和工业控制领域，尤其涉及一种通过脉冲来控制高功率微波源工作并对高功率微波源的工作状态进行监测的装置。

背景技术

高功率微波源采用的是Tesla 型脉冲功率驱动源，脉冲产生模块为高功率微波源的驱动源提供触发信号，控制微波源开始工作。高功率微波源在工作过程中，会产生三种波形，分别为：主电容放电波形，脉宽约150us，幅度在-3V~+6V之间；形成线电压波形，其电压幅度在-5V~0V之间，脉宽约70us；最后一种为触发器次级电压波形。高功率微波源在工作过程中，周围的磁场状态、主开关气压、主电容电压以及触发器初级电压也会发生变化。为了实时监测高功率微波源的工作状态，需要对上述信号进行数据采集。

实用新型内容

本实用新型提供一种基于FPGA的数据采集和脉冲产生装置，该装置由FPGA作为主控芯片，可产生四路同步脉冲，能够由上位机设置脉冲的相关参数，可对微秒级的信号波形和直流电压、电流信号进行数据采集。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

对于四路同步脉冲信号产生模块，由FPGA逻辑资源实现四路脉冲信号的重复频率、脉冲个数、脉冲宽度可调。由FPGA逻辑资源实现的相对延迟时间，其分辨率只有10ns，而外部延迟线芯片DS1124能够实现0.25ns的延迟分辨率，可采用FPGA和外部延迟线芯片结合的方案，在保证高分辨率的同时，又能做到大动态范围。

作为上述技术方案的进一步描述：

微秒信号采集模块选用的A/D芯片为THS1206,其模拟输入电压范围为+1.5V~+3.5V，最高采样率为6MSPS。为保证每路微秒信号的采样率为2MSPS，选择两片THS1206模数转换芯片。微秒信号的幅度均在在-10V+10V之间，在设计模拟信号调理电路时，先用高压摆率、宽带宽、高速运放AD8022对其进行电压跟随，然后再用电阻分压对其进行衰减，使信号的幅度衰减到-1V~+1V之间，最后利用运放AD8044和AD8615设计电压偏置电路，使信号的幅度恰好满足THS1206的模拟电压输入要求。

作为上述技术方案的进一步描述：

直流电压、电流监测信号采集模块选用的A/D芯片为AD7607，其为8通道14bit模数转换器，每个通道的采样率均为200KSPS，模拟电压输入范围为-10V~+10V。对于电压信号，利用运放ADTL084对其进行电压跟随，然后将信号输入到AD7607进行数据采集。对于4mA~20mA电流信号，先通过仪表运算放大器AD627将其转化为1.5V~7.5V电压，再进行模数转换。

作为上述技术方案的进一步描述：

以太网数据传输部分，采用以太网芯片W5300，其集成了TCP/IP协议和10/100M的MAC和PHY。 W5300由NIOS II软核进行控制，在Qsys中根据W5300的数据手册自定义W5300的IP核，产生相应的地址、数据、读写控制线，然后通过Avalon总线与NIOS II软核进行连接。最后向NIOS II软核中写入程序，控制着W5300将脉冲的状态参数、微秒信号采集数据和直流电压、电流监测数据通过UDP模式上传到上位机。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：