基于FPGA的高精度测时仪研制

摘要

高精度时间间隔测量在破片速度测试、起爆网络及炮口引信速度装订中具有十分重要的意义。目前常用测时仪普遍存在着测量精度、分辨率不高等问题,不能满足高精度测时的需要。基于脉冲法计时原理及分析常用测时仪测量误差的基础上,提出了一种基于相位调制高精度测时仪的计时原理及实现方法,完成了测时仪的研制工作。
　　 结合脉冲计数法,讨论了相位调制法的测时原理,探讨了高精度测时仪的测量精度,确定了高精度测时仪的技术指标,提出了测时仪的总体设计方案;采用LM324、LM339等基本元件完成测时仪信号调理电路的设计,将区截装置信号转变成幅度为3.3V、边沿陡峭的方波脉冲信号,供FPGA识别;选择EP3C16Q240芯片搭建FPGA硬件电路,实现了时间间隔的高精度测量,该电路的功能包括计时启动、停止信号的整合及16路具有均匀相位差相移时钟的产生等;设计了以MSP430F149为核心的单片机电路,避免了和FPGA之间通信时电平转换,降低了测时仪的功耗,同时利用其强大的处理能力对通信获得的数据进行计算,获得时间间隔测量值:选用MAX7219驱动的数码管作为测时仪显示电路,方便测量结果的显示与测时仪容量的扩展;利用精密可编程脉冲发生电路考核了测时仪性能,并与常用脉冲计数法测时仪进行了比对测试,测试结果表明:研制的测时仪在不提高晶振频率的情况下实现了250ps的计时分辨率,具有测量精度高、速度快、结构简单、成本低等特点。