基于FPGA的時間間隔測量模塊設計

2 系統硬件設計
系統硬件設計是整個系統的骨架，是數字電路設計的核心部件。所有程序代碼都在FPGA內部運行，但是要使FPGA能夠正常運作，需要架構一些基本的硬件支撐FPGA小型系統。
時間間隔測量系統的硬件設計主要包括：信號接口、電源、時鐘等模塊。
1)信號接口電路 信號接口電路主要用于接收外部輸入信號并進行電平轉換，以使協處理器得到穩定電平的信號，起到保護協處理器的作用，并起到外部電壓波動的抗干擾作用。
2)電源 為使儀器直接與外部的市電220 V相接。這里外部電源采用開關電源220 V轉換5 V，內部電源采用5 V轉換3．3 V電源模塊和5 V轉換1．5 V電源。整個儀器的內部工作電壓為5 V、3．3 V和1．5 V 3種電壓模式。
3)時鐘 時鐘模塊是協處理器夠正常工作的保證，同時也是測量儀獲取時間間隔的重要依據，本設計計數功能模塊采用脈沖計數法來獲取時間間隔，設計時需要考慮校準時鐘，以便定期對時鐘進行校準。
整個硬件電路原理設計如圖2所示。

3 系統軟件設計
測量模塊內部需要的集成電路都是通過軟件來實現，所以，先設計系統軟件流程計。其軟件設計包括：信號預處理、計數程序、總線控制器、鎖存器等模塊設計。
由于該系統軟件設計的4大模塊的設計過程類似，所以這里只介紹信號預處理模塊的設計流程及其后面的功能實現及仿真。
由于時間間隔測量儀在實際使用中可能會受到各種干擾，在靶場實際應用中，經常會存在蚊蟲干擾，沖擊波干擾，細小物體和外界光線的干擾，因此，需要在時間間隔測量儀的前端做濾波程序，但由于器件自身的特性及環境的復雜性，實際應用中信號由光電靶傳輸到時間間隔測量儀會存在誤跳變誤觸發現象，這種現象會導致時間間隔測量儀的誤判及誤測，針對這種異?，F象，時間間隔測量儀可以模擬人的視覺來接收環境信息，并由神經沖動進行信息傳遞，采取神經網絡感知識別措施非常必要，識別程序流程如圖3所示。

啟動時間間隔測量儀，感覺器等待信號的到來，如果有信號，立即進行感知判斷，詢問是否為信號l，如果為信號1，則判斷是否啟動計數，若計數程序正在執行上一次信號的工作，則不啟動計數器，否則啟動計數器并發出中斷信號，發出開始信號，即使中斷置為高電平，通知主控制器準備讀取數據，開始置為高電平。如果不是信號l，也就是當信號2到來時，則判斷是否停止計數器，如果信號2到來前未收到信號l，則感知程序可認為此時的信號2為無用信號，直接丟棄。如果信號2到來前已收到信號l，并已在計數，但若小于預設的閘門關閉時間，則不關閉閘門，即中斷保持高電平不變，停止信號保持低電平。等待計數程序(計數模塊)結束發出復位信號，否則發出停止信號，即使停止置為高，計數器停止計數。若計數程序結束，則發出巾斷信號，使中斷置為低電平，進入下一步丁作。