一种高精度多路时序控制系统的制作方法

本实用新型涉及时序控制领域，特别是涉及一种高精度多路时序控制系统。

背景技术：

随着社会经济的快速发展，各种精密设备的检定和工程的建设对时序信号的要求也越来越严格，在楼宇爆破、大厦灯光和大厦消防等场合中多路时序控制系统用来对各个设备进行相应的控制。现存的多路时序控制系统延时时间短、精度低、配置参数不方便，导致适用场合狭隘。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种高精度多路时序控制系统，以克服现有技术中存在的问题。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型提供了一种高精度多路时序控制系统，所述系统由配置存储模块和信号发生模块组成，配置存储模块和信号发生模块通过rs232连接，所述配置存储模块包括arm主控芯片、矩阵键盘模块、lcd显示模块、rs485通信电路和eeprom存储模块，arm主控芯片为配置存储模块的核心，矩阵键盘模块、lcd显示模块、rs485通信电路和eeprom存储模块分别与arm主控芯片连接；信号发生模块包含fpga主控芯片、基准信号检测模块和多路输出模块电路，fpga主控芯片是信号发生模块的核心，fpga主控芯片分别与基准信号检测模块和多路输出电路连接。

所述信号发生模块中的每一路输出模块电路均包括核心芯片6n137、反相器74ls04、三极管npndar以及几个匹配电阻，6n317管脚2和管脚3是输入引脚，管脚2和管脚3共同构成了6n137光电耦合器的光通路，管脚2通过一个74ls04反相器接fpga主控芯片的ctr_ch1信号，管脚3通过一个电阻r2109接地；管脚8是电源信号接口直接接+5v电源，管脚7是6n137的使能信号端，直接接高电平+5v电压，管脚6通过三极管直接接到外部输出信号out+ch1上，和管脚5构成回路。

本实用新型的优点是：

1)优化了配置存储模块的结构，使系统延时时长可达30s，采用fpga为主控芯片单独控制信号发生模块，使系统精度在1μs以内。

2)开发了上位机配置软件，可以快速配置系统参数，便于使用。

3)每一路信号独立产生，互不干扰，增加了系统的可靠性。

本实用新型公开了一种高精度多路时序系统，该系统最多可同时产生20路时序信号，每路时序信号都可选择输出四种不同信号类型的时序信号，并且每路通道独立触发，互不干扰，时间精度高。本实用新型的高精度多路时序系统可实现延时时间30s，精度达到1μs以内，并且设计了一款上位机配置软件，可以实现快速配置，满足测试试验测试需要，从而保证测试试验的顺利进行，提高了测试试验的效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的高精度时序控制系统的硬件框图；

图2为输出模块电路的连接图；

图3为电平信号输出电路的连接图；

图4为基准信号检测模块电路的连接图；

图5为rs485通信电路的连接图；

图6为eeprom存储电路的连接图；

图7为高精度多路时序控制系统的主流程图；

图8为高精度多路时序控制系统的上位机配置软件图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本系统的工作原理是：整个系统运行时，首先通过矩阵键盘模块或上位机软件进行参数配置，配置的参数包括各个通道的信号触发类型、各个通道的信号延时时间，这些参数被存入eeprom存储模块中供系统启动时使用。系统运行时arm主控芯片将控制参数通过rs232通信方式发送给fpga主控芯片，fpga主控芯片解析参数后，等待基准信号到来，检测到基准信号后控制各个通道进行相应延时，延时完成后产生时序信号。

参见图1，所述系统由配置存储模块和信号发生模块组成，配置存储模块和信号发生模块通过rs232进行连接，主要负责两个模块之间的通信；其中配置存储模块包括arm主控芯片、矩阵键盘模块、lcd显示模块、rs485通信电路和eeprom存储模块，arm主控芯片为配置存储模块的核心，主要负责与信号发生模块通信和配置其他模块参数，矩阵键盘模块为配置存储模块的输入设备，通过arm主控芯片的io口和矩阵键盘模块相连接，lcd显示模块负责显示高精度多路时序设备的触发信息和配置信息，通过rs485通信方式和arm主控芯片连接，rs485通信电路是arm主控芯片和其他模块通信的模块，eeprom存储模块负责存储整个系统的重要信息，通过i2c接口和arm主控芯片连接，采用了eeprom存储模块可使系统的延时时长达30s；信号发生模块包含fpga主控芯片、基准信号检测模块、输出模块1～20等，fpga主控芯片是信号发生模块的核心，主要负责产生时序信号，通过采用fpga主控芯片使系统可以达到1μs以内的高精度，通过rs232通信方式和配置存储模块进行通信，基准信号检测模块负责时序信号触发信号的检测，通过io口和fpga主控芯片连接，输出模块1是信号发生模块中的一个时序产生通道，主要负责产生相应的时序信号，和fpga主控芯片通过io口连接，其他19个输出信号通道和输出信号1相似，此处不再赘述。

信号发生模块中的输出模块1～20参见图2，现以一路输出模块为例进行说明，输出模块中包括核心芯片6n137、反相器74ls04、三极管npndar以及几个匹配电阻。6n317管脚2和管脚3是输入引脚，管脚2和管脚3共同构成了6n137光电耦合器的光通路，管脚2通过一个74ls04反相器接fpga主控芯片的ctr_ch1信号，管脚3通过一个电阻r2109接地；管脚8是电源信号接口直接接+5v电压，管脚7是6n137的使能信号端，直接接高电平+5v芯片才能正常工作，管脚6通过三极管直接接到外部输出信号out+ch1上，和管脚5构成回路，本电路的设计可以减小系统误差，使系统可以达到1μs的精度。

输出模块中有一种电平输出方式，电平输出方式参见图3，图3中描述的是10v电平输出的产生和5v电平输出的产生，现描述一下5v电平信号的产生方式，图3中的b1212s-2w芯片和lm317芯片是5v电平产生的关键芯片，芯片b1212s-2w的管脚1和管脚2构成了芯片的输入回路，管脚1经过一个电感l1703接从其他地方过来的vpow信号，管脚2经过两个电容c1701、c1707和电感l1703接到vpow信号上，芯片b1212s-2w的管脚6和管脚4构成一个通路，管脚6经过一个电感l1705接到lm317芯片的输入引脚管脚3，芯片b1212s-2w的管脚4经过一个电感l1706和一个电阻r1700接到lm317的管脚1上，芯片lm317的管脚2和管脚1之间生成+5v的电压。+10v电压产生方式是经过一个b1212s-2w芯片直接得到的，此处不再赘述。

信号发生模块中的基准信号检测模块是通过图4中的电路产生，图4中包含了一个外接按钮接口jp301和6n317芯片，外接按钮接口连接的是外部的按钮，是基准信号产生的地方，芯片6n137的管脚2和管脚3构成通路，是光电耦合器的光通路，经过外部三个电阻和一个三极管的连接，构成了一个检测基准信号产生的回路，当没有基准信号是，信号pulsel是高电平，管脚2和管脚3构成的通路无效，当有基准信号产生时信号pulsel为低电平，管脚2和管脚3构成的通路有效，通过光信号在芯片6n137内部的传输，可以使管脚6和管脚5构成的通路有效，管脚6连接的信号extrig有效，使fpga主控芯片可以检测到基准信号的到来，基准信号检测模块保证了系统的精度能达到1μs。

配置存储模块中rs485通信电路主要是负责arm主控芯片和其他模块的通信，电路图参见图5，上位机通信方式和lcd液晶通信方式都是采用rs485通信，芯片为sp3485en，因此以上位机软件与arm主控芯片的通信电路为例进行介绍，芯片sp3485en有8个管脚，管脚1接ttl电平信号rxd0，管脚2和管脚3接到主控芯片的p0.22_485dir0信号上，控制数据的传输，管脚4接到ttl电平信号txd0上，管脚8接到电源信号3.3v电压上，管脚5接到电源地gnd上，管脚7经过3个匹配电阻和一个电容产生了485b0信号，管脚6经过3个电阻和一个电容产生了485a0信号，完成了整个通信信号的转换。

配置存储模块中eeprom存储模块是系统的存储模块，主要是由芯片fm24cl64构成，参见图6，芯片fm24cl64有8个管脚，管脚1、管脚2、管脚3、管脚8全部接电源信号3.3v电压上，管脚4和管脚7接电源地信号，管脚5接p0.3_sda信号，管脚6接p0.2_scl信号，整个电路还有一个滤波电容c11和2个上拉电阻r1和r2构成，主要是负责对整个系统配置信息和参数的存储。

高精度多路时序控制系统的主流程图参见图7，从系统上电开始，首先是系统复位，系统复位后是系统的初始化，然后依次是lcd液晶模块显示开机画面、读取eeprom存储模块中的系统配置数据，判断保护开关是否打开，如果打开则关闭通信并发送信息给fpga，使fpga处于触发模式，并且等待反馈基准信号的到来，如果反馈基准到来，则系统开始延时触发工作并在lcd上显示系统运行，等待延时触发结束之后会产生一个反馈结束的信号，lcd会显示运行结束，如果想要重新启动系统必须手动复位，使系统处于初始化状态。如果保护开关关闭，则系统处于配置状态，需要判断是否有按键按下，如果有按键按下则是手动配置模式，系统将不断的检测按键配置状态并且执行键值并显示，直到配置完成，才把配置信息写入eeprom进行存储，并且需要系统复位才能重新正常工作；如果没有按键按下则是上位机配置模式，需要等待上位机指令，然后系统执行并显示配置数据，最后写入eeprom存储信息，然后通过复位使系统可以正常工作。

高精度多路时序控制系统的配置软件参见图8，配置软件左边是一个功能区，里面包含获取通道状态、配置参数、系统复位、帮助等四个功能按键，获取通道状态是为了获取在配置存储模块中存储的当前的各个通道的状态，配置参数按键主要负责把配置软件右边区域中的参数配置到配置存储模块中，系统复位是一个直接让系统达到复位状态的按键，帮助按键会提示软件的使用说明，配置软件的右边区域是配置区域和显示区域，其中预设时间、工作模式、加入屏蔽都是可选项，可以进行系统配置；工作状态栏只能查看，不能人为进行更改，采用上位机软件进行查询系统状态和配置系统参数，可以使系统使用更加方便。

本实用新型实施例中的高精度多路时序系统，该系统最多可同时产生20路时序信号，每路时序信号都可选择输出四种不同信号类型的时序信号，并且每路通道独立触发，互不干扰，时间精度高，延时时长最长为30s，精度最高可达1μs。本实用新型的高精度多路时序系统能够满足测试试验测试需要，满足多站点、高精度、大范围延时的测试要求,对测试试验要求的多种时序信号可以同时产生，从而保证测试试验的顺利进行，提高了测试试验的效率。