基于fpga的纳秒量级脉冲宽度精确测量研究

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1、第43卷第5期中国测试Vol.43No.52017年5月CHINAMEASUREMENT&TESTMay袁2017doi院10.11857/j.issn.1674-5124.2017.05.002基于FPGA的纳秒量级脉冲宽度精确测量研究于龙洋袁刘晔袁孙培钦袁张耀匀（西安交通大学电气工程学院，陕西西安710049）摘要院为使测量光电开关发出的数字脉冲宽度的精度达到1ns和掌握光电开关的实时工作状态。该文通过基于FPGA精确测量法的直接计数法和移相计数法进行测量，得出移相计数法的测量误差在1ns左右，并验证其设计的正确性和有效性。设计通信系统和

2、上位机软件进行实时监控，通信系统采用成熟的串口RS232通信方式，用PFGA设计串口通信模块，实现将数据传输到工控机；再用LabVIEW编写上位机软件，便于工作人员直观观察数据并存储数据到Excel，实验结果证明测量系统可靠、有效。关键词院纳秒量级；FPGA；串口通信；LabVIEW文献标志码院A文章编号院1674-5124渊2017冤05-0005-06AnanosecondlevelmeasurementmethodofpulsewidthbasedonFPGAYULongyang，LIUYe，SUNPeiqin，ZHANGYaoyun（

3、SchoolofElectricalEngineering，Xi’anJiaotongUniversity，Xi’an710049，China）Abstract:Inordertomakethewidthofdigitalpulsegeneratedbyphotoelectricswitchreachtheprecisionof1nsapproximatelygraspthereal-timeworkingstateofthephotoelectricswitch.ThispaperproposedtwoFPGA-basedaccuratem

4、easurementmethodstomeasuretheprecision，directingcountingmethodandphaseshiftcountingmethodwereincluded.Theexperimentsshowthattheerrorofthephaseshiftcountingmethodisabout1ns，whichverifiesitscorrectnessandeffectiveness.ThecommunicationsystemandsoftwareofIPCwerealsodesignedinth

5、ispaper.ThecommunicationsystemusedaRS232serialinterfaceandtheserialcommunicationmoduletransfersdatatotheIPCwasdesignedbyFPGA；IPCsoftwarewaswrittenbyLabVIEW，whichenablesthedatatobeobservedintuitivelyandstoredtoExceleasily.Theexperimentalresultsshowthatthedesignofthesystemisc

6、orrectandeffective.Keywords:nanosecond；FPGA；serialcommunication；LabVIEW0引言度测量算法虽然有着广泛的应用前景袁但是其系统随着控制技术的发展袁精确监控光电开关的工作非常复杂袁且成本高遥文献[2]提到利用铌酸锂晶体的状态是工程实际急需解决的问题袁其测量精度达到电光效应袁其研制可用于测量纳秒量级脉冲电压的纳秒量级也是工业自动化技术发展到一定阶段的需传感器袁但是其误差范围在5耀7ns袁达不到1ns的误求遥文献[1]提出的基于DSP结合混沌算法实现的精差要求遥文献[3]基于移相技术

7、的脉冲宽度测量方法收稿日期院2016-09-18曰收到修改稿日期院2016-11-20能实现纳秒量级测量袁且提供了测量数字脉冲的思作者简介：于龙洋渊1992-冤袁男袁陕西宝鸡市人袁硕士研究生袁路袁但所需晶振频率达到250MHz袁且FPGA芯片价专业方向为控制理论与科学遥格昂贵袁因此本文在此基础上进一步改进其移相技6中国测试2017年5月术算法来降低倍频时钟信号袁实现低成本的可靠测pll1量系统遥论文在脉冲宽度测量方面采用了直接计数法和移相技术法两种算法袁并且设计了FPGA与上位inclk0inclk0frequency院50.000MHzc0

8、机之间的通信遥通信系统采用成熟的串口RS232通信OperationMode院Normallocked方式袁LabVIEW在测量领域内是比较普遍的应用软ClkRat