基于FPGA高精度时间间隔系统设计与实现-论文.pdf

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1、《自动化与仪器仪表)2o15年2期(总第184期)基于FPGA高精度时间间隔系统设计与实现贾芳，郑丹(河南农业大学理学院河南郑州，450002)摘要：为了解决传统时间间隔测量系统设备体积大、测量精度低、测量范围窄的缺点，文章提出了基于FPGS高精时间间隔测量系统的实现方法。此系统的核心是FPGA，有其完成信号的处理和控制。使用的基本测量原理是非门延迟线法。FPGA系统主在QuartusⅡ环境下通过硬件描述语言进行设计。测试结果表明，此系统具有测量精度高、可靠性强的优点。具有广阔的实用价值和市场空间。关键词：FPGA；时间间隔测量；延迟线法DOI编码：10．14016

2、~．cnki．1001-9227．2015．02．173Abstract：Inordertosolvethetraditionaltimeintervalmeasurementsystemdevicesarebulky,lowaccuracy,measurementrangenalTOWshortcomings，thepaperproposesamethodbasedonFPGShigh-precisiontimeintervalmeasurementsystem．Thissys·temisthecoreofFPGA，andtheprocessingiscomple

3、tedwiththecontrolsigna1．Thebasicmeasuringprincipleisnon-gatedelaylinemethodtouse．InthemainFPGAsystemdesignenvironmentQuartus1Ibyhardwaredescriptionlanguage．Thetestresultsshowthatthissystemhashighaccuracyandreliabilityadvantages．Hasbroadpracticalvalueandmarketspace．Keywords：FPGA；Timeint

4、ervalmeasurement；Delaylinemethod中图分类号：TP316文献标识码：B文章编号：1001—9227(2015)02-0173-030引言基本逻辑门中，电流通过非门的时间最短，文章通过奇数在电子设计中要求时间频率系统中时间同步越来越精确，个非门组成一个闭环振荡器，这样就能很好地减少延迟线的长时间间隔测量的精确度直接决定着时间同步的效果。传统的度，同时也能得到如图2所示的时间间隔测量模型。模型中时间间隔测量方法很多，这些方法都必须使用专用设备。但是包含分频器、计数器、数据锁存器、数据处理器四部分。这些设备不但价格昂贵，而且操作复杂、体积大，

5、不方便使用，同时测量精度比较低，测量范围也非常有限。为了解决这些问题，文章提出了基于FPGA高精度时间间隔测量方法，此方法充分利用FPGA的硬件资源，通过非门延迟线法实现时间间隔准确测量[21。此方法具有可靠性强和测量误差小的优点，同时把整个系统集成到FPGA芯片上，整个系统的体积也大大图2非门延迟法时间间隔测量原理图缩小i。为了得到一个高频信号，必须通过高电平对Start触发，同时还对此高频信号分频，最后把结果传送到频率计数器。在1非门延迟线法测量原理此过程中，可能Stop可能会停止信号，在此情况下，振荡器也使用参数t表示延迟单元的传播时延，用stop表示关门信会

6、停止工作，与此同时，结果振荡器和计数器的信号就会被存号，用start表示开门信号。时间间隔测量的基本思想是通过储起来。通过相应的计算就能得到具体的时间值。为了减小误st0p对start在延迟线中的传播进行采样。具体的测量原理如差，要必须使用校准电路，假设参照频率是32．768kHz，这个图1所示。测量过程中需要延迟时间单元和相应的触发器相互频率也就是Start／Stop引脚的频率，这样就能得到单个门延迟的配合。平均时间r，具体的可表示成：XX(1)MXX2X+M，X2XX2+M⋯，式(1)中，x是分频次数，x：是非门的数量，M．是计数器的测量值，M。是分频值，M]是

7、震荡环的测量值。单个门延迟的平均时间就能计算出来。图1抽头延迟线法原理图2硬件系统设计收稿日期：2015—01—082．1系统整体硬件设计作者简介：贾芳(1976一)，女，汉族，河南社旗人，硕士在读，讲硬件系统核心模块是FPGA模块，其它还包含预处理、外师，主要研究方向为检测技术和物理教学。173基于FPGA高精度时间间隔系统设计与实现贾芳，等部时间模块，另外一个电路基准时间延展回路也是主要的组成c=丽1J0tU~dt=UI(2)部分，具体的硬件框图如图3所示。Uc2是：]ucz=1tU2Ir(3)匝事崾统匣如果出现t=T的情况，则U。=U，所以：旦(一△)：(