一种同步信号发生器的制作方法

1.本发明属于气体流量标准装置计时器检测领域，特别是一种用于气体流量标准装置检测的同步信号发生器。


背景技术：

2.依据国家检定规程，检定气体流量标准装置时须对装置中的计时器进行检定，检定时间一般不低于30s。最常规做法是使用高精度标准计时器来接收气体流量标准装置中被检计时器发出的检定开始/检定终止信号，信号形式是上升沿/下降沿信号，实现标准计时器与装置中被检计时器同步触发、同步终止，得到标准计时器显示的检定时间示值和被检计时器的检定时间示值，从而确定被检计时器是否合格。
3.随着技术发展，目前很多气体流量标准装置中计时器不使用传统的上升沿/下降沿信号来触发检定开始/检定终止操作，而使用常开/常闭信号来执行操作，但高精度标准计时器无法接收这种常开/常闭信号，无法与被检计时器同步触发、同步终止，致使标准装置检定工作停滞，严重影响了标准装置的量值溯源。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种同步信号发生器，以解决现有标准计时器无法检测开始/终止操作是常开/常闭信号的计时器检定难题，从而解决整套标准装置量值溯源问题。
5.实现本发明目的的技术解决方案为：
6.一种同步信号发生器，包括：
7.电源管理电路，用于将电源输入电压转换为发生器的供电电压；
8.计时启动模块，用于开始信号的输入；
9.晶振模块，用于提供时基信号；
10.控制模块，用于将晶振模块提供的时基信号转换为脉冲信号，并对脉冲信号计数进行内部计时,同时分别输出触发电平至边沿信号输出模块和开关信号输出模块；
11.边沿信号输出模块，用于在计时开始时输出上升沿信号后保持高电平，计时结束输出下降沿信号，分别用于触发标准计时器的开始和终止操作；
12.开关信号输出模块，在计时开始时同步输出一个开关量信号，计时结束时再次同步输出一个开关量信号，分别用于触发气体流量标准装置中计时器的开始和终止操作；
13.开关信号切换模块，用于切换开关信号输出模块输出开关量为常开/常闭。
14.本发明与现有技术相比，其显著优点是：
15.(1)同步信号发生器来提供两路标准信号，一路发出上升沿/下降沿信号来触发高精度标准计时器的开始/终止操作，同时另外一路发出常开/常闭信号来触发气体流量标准装置中计时器的开始/终止操作，从而实现对被检计时器的检定。
16.(2)边沿信号输出模块输出信号高电平为3.3v，有效降低高精度标准计时器输入信号误接风险，开关信号切换模块可灵活切换输出开关量信号为常开/常闭信号，增加了同
步信号发生器的适用性。
17.(3)电源管理电路可以输出标准3.3v电压源，通过电源转换的输入输出口设置的高低频滤波，有效抑制了电源转换过程中的自激振荡，降低了电压纹波；采用usb接口供电，适用性强，可方便地接插在检定场所。
18.(4)通过引入高频晶体振荡器作为基波源，通过单片机实现了高精度计时，计时精度达10-9
s，输出信号同步性高。
附图说明
19.图1是本发明的电路框图。
20.图2是本发明的电源管理电路。
21.图3是本发明的计时启动模块。
22.图4是本发明的边沿信号输出模块。
23.图5是本发明的开关信号输出模块和开关信号切换模块
具体实施方式
24.下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
25.结合图1-图5，本实施例的一种同步信号发生器主体为电路板，上面设置有单片机控制模块、电源管理电路、计时启动模块、高精度晶振模块、边沿信号输出模块、开关信号输出模块和开关信号切换模块。所述电源管理电路将输入电源电压转换为各模块供电电压，所述计时启动模块、高精度晶振模块、边沿信号输出模块、开关信号输出模块和开关信号切换模块分别接入单片机控制模块各引脚上；所述单片机控制模块提供了单片机运行的必备电路，通过单片机内部控制程序的运行实现了其他模块输入信号的处理及输出，实现了定时输出功能。
26.通过启动开关(计时启动模块)输入下降沿信号至单片机,单片机通过高频晶体振荡器(高精度晶振模块)输出的正弦波为基波，得到接近理想正弦波并将其转换为输出波动较小的脉冲信号,通过对高频脉冲信号计数进行内部计时,同时分别输出触发电平至边沿信号输出模块及开关信号输出模块。此时由边沿信号输出模块在计时开始时输出上升沿信号后保持高电平，计时结束输出下降沿信号，同时由开关信号输出模块在计时开始时同步输出一个开关量信号，计时结束时再次同步输出一个开关量信号。通过开关信号切换模块可切换开关信号输出模块输出开关量为常开/常闭。
27.如图2所示，所述电源管理电路将通过usb接口输入的5v电源电压转换为标准的3.3v电压，并在通电时加以指示；作为本实施例的进一步说明，所述电源管理电路包括第一电解电容cd1、第二电解电容cd2、第一瓷片电容c1、第二瓷片电容c2、稳压芯片u4、第二稳压二极管d2、第一电阻r1、第一led灯led1；电源输入端vdd与usb口电源正极相连，电源输入端gnd与usb口电源负极相连；第一电解电容cd1正极连接vdd，负极接地gnd；第一瓷片电容c1两端跨接在vdd与gnd之间；稳压芯片u4引脚3与vdd相连，引脚1与gnd相连，引脚2与+3.3v输出电源总线相连；第二电解电容cd2正极连接+3.3v，负极接地gnd；第二瓷片电容c2、第二稳压二极管d2跨接在+3.3v与gnd之间；第一电阻r1一端连接+3.3v，另一端连接第一led灯led1；第一led灯led1另一端接地gnd。
28.作为优选的，所述稳压芯片u4的型号为ams1117-3.3，单片机控制模块u1的控制芯片的型号为msp430f5438a。
29.如图3所示，所述计时启动模块用于开始信号的输入；作为本实施例的进一步说明，所述计时启动模块包括第一开关s1、第三电阻r3、第十一瓷片电容c11；第一开关s1引脚3、4接gnd，引脚1、2接第三电阻r3一端，并同时连接第十一瓷片电容c11一端、控制芯片u1引脚43；第三电阻r3另一端连接+3.3v，第十一瓷片电容c11另一端接地gnd。第一开关s1为常开开关，s1引脚1与gnd间断开，由于第十一瓷片电容c11通交流断直流，第三电阻r3与gnd间断路，u1引脚43处电压即+3.3v呈高电平；点击开关s1后开关闭合，s1引脚1与gnd导通，u1引脚43处电压即0v呈低电平，即闭合s1过程中u1引脚43处输入下降沿触发信号，u1接收信号后开始计时。
30.如图4所示，所述边沿信号输出模块包括第六电阻r6、第七电阻r7、第二三极管q2、第一接线端子dz1；第六电阻r6一端与+3.3v相连，另一端与第二三极管q2集电极相连，同时连接第一接线端子dz1端子1；第七电阻r7一端与控制芯片u1引脚67相连，另一端与第二三极管q2基极相连；第二三极管q2发射极连接gnd，同时连接第一接线端子dz1端子2。计时开始前，u1引脚67输出高电平至q2基极，q2集电极与发射极导通，dz1端子1、2间导通，dz1端子1呈低电平；计时开始时，u1引脚67输出低电平至q2基极，q2截止，q2集电极与发射极断开，dz1端子1、2间断路，dz1端子1与+3.3v通路，呈高电平，即输出上升沿信号；计时结束时，u1引脚67恢复初始状态，dz1端子1呈低电平，即输出下降沿信号。综上所述，边沿信号输出模块在开始计时的时候输出上升沿信号，计时结束时输出下降沿信号。
31.如图5所示，所述开关信号切换模块包括第二开关s2，本实施例中所述第二开关s2采用双刀双掷开关；所述开关信号输出模块包括第八电阻r8、第三三极管q3、第二接线端子dz2；第八电阻r8一端与第二开关s2引脚2相连，另一端与第三三极管q3集电极相连；第三三极管q3集电极连接第二接线端子dz2端子1，发射极连接gnd同时连接第二接线端子dz2端子2；第二接线端子dz2引脚1连接控制芯片u1引脚66，第二接线端子dz2引脚3连接控制芯片u1引脚65。s2初始状态时，s2引脚1与引脚2导通，则r8与u1引脚66导通，u1引脚66初始状态为高电平，q3基极呈高电平，集电极与发射极导通，dz2端子1、2导通；开始计时，u1引脚66呈低电平，q3截止，集电极与发射极断开，dz2端子1、2断路，输出信号由常闭转为常开，短时延时后u1引脚66复位，dz2端子1、2导通，恢复常闭状态；计时停止时重复该过程，再次短时输出常开信号，即计时开始至停止整个过程中，在计时开始和结束时分别输出一次短时常开信号。按下开关s2，s2引脚1与引脚2断开，引脚2与引脚3导通，则r8与u1引脚65导通，u1引脚65初始状态为低电平，q3基极呈低电平，集电极与发射极断开，dz2端子1、2断路；开始计时，u1引脚65呈高电平，q3集电极与发射极导通，dz2端子1、2通路，输出信号由常开转为常闭，短时延时后u1引脚65复位，dz2端子1、2断路，恢复常开状态；计时停止时重复该过程，再次短时输出常闭信号，即计时开始至停止整个过程中，在计时开始和结束时分别输出一次短时常闭信号。综上所述s2控制开关信号的常开/常闭状态，开关信号输出模块在开始计时及计时结束时分别输出一次短时常开/常闭信号。
32.本发明通过控制单片机u1基于高频晶体振荡器实现了在给定时间内同时输出一路上升沿/下降沿信号及一路常开/常闭信号，两路信号同步性好，计时精度高，从而解决了使用常开/常闭信号来执行检定操作的气体流量标准装置中计时器的溯源难题。