基于CPLD的發射激光多頻率同步調制器

摘要：本文根據發射激光信號的要求,采用CPLD產生了頻率及占空比可調的激光調制信號,利用視頻同步分離器LM1881實現了激光調制信號與視頻輸入信號的同步,保證了激光光束多參數測量中測量設備的同步工作,在實際應用中取得了良好效果。

關鍵詞：激光調制信號;CPLD;調制器;同步;LM1881

在激光光束多參數測量系統中,需要對不同頻率和占空比條件下的調制激光光束在目標靶板處的多種參數和圖像進行測量。為了保證測量數據的同步獲取,所有參數的測量都必須與發射激光同步。本論文采用視頻同步信號分離電路LM1881,提取CCD輸出的奇偶場輸出信號作為系統各測量裝置的外同步控制信號,同時控制 CPLD器件的工作。利用CPLD的可編程特點,系統可以根據不同應用場合對激光調制信號的要求,產生不同形式的調制信號。

系統設計思路

在本系統中,系統時鐘頻率是24MHz,僅為納秒量級,而所需信號的周期最高已達到秒量級,這對于計數器的觸發器數量要求是很高的。由于CPLD的資源有限,所以,如何合理設計CPLD的資源分配從而保證能夠在一片CPLD芯片上產生所有所需信號,便成為系統設計的關鍵所在。

在實際設計中,對同步信號和系統時鐘分別予以計數。由于所需信號最低頻率為1Hz,所以同步信號計數周期選為1s。所需信號最高頻率為1kHz,對時鐘信號的計數周期設為1ms。同步信號每一個沿(包括上升沿和下降沿)到來時,對時鐘信號的計數正是一周期的開始。通過這兩個計數器對輸出的聯合控制,可以滿足輸出信號的頻率、占空比調節和同步的實現。

對各種頻率及占空比的所需信號,這里分三種情況來討論。首先是周期及高電平持續時間均不小于20ms的信號,也就是不小于同步信號的高電平持續時間。對于此類信號,可以直接對同步信號進行計數,在同一計數周期內,依據所需頻率及占空比,選擇合適的計數值控制CPLD輸出高電平即可。對周期大于同步信號周期,但高電平持續時間小于20ms的信號,需要對同步信號進行計數并選擇合適的計數值,同時時鐘信號的計數值滿足要求時,才輸出高電平。而對于周期和高電平均小于20ms的信號,則只需考慮對于時鐘信號的計數,選擇合適的計數值使CPLD輸出高電平即可。

激光發射信號調制系統組成

本激光發射信號調制系統從結構上主要由三個部分組成：同步控制、頻率及占空比調節以及調制信號產生部分。系統結構框圖如圖1所示。

圖1 激光發射信號調制系統結構框圖

脈沖調制信號產生部分是本系統的核心。信號由一片CPLD產生,該芯片選用MAX3000A系列的EPM3128ATC100-10,且此芯片內部有 2500個可用門數,128個宏單元,8個邏輯塊,只要設計合理,芯片資源足夠設計使用。系統中脈沖調制信號的產生均是對此芯片編程實現的,而系統的其它部分僅對信號的產生起控制作用。

對于系統的各控制部分,系統開關控制調制系統是否工作。頻率及占空比控制部分是系統的主要控制部分,所需脈沖信號的頻率及占空比通過鍵盤輸入控制CPLD,實現頻率及占空比動態調節。其中,頻率調節范圍在1Hz~1kHz,頻率間隔則需要在系統應用前對 CPLD編程設定。占空比分為四檔,分別為1:1、1:4、1:9和1:49。