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精密同步系统是ICF诊断控制系统的重要组成部分,用以实现不同高速物理论断设备的同步触发。一般的同步延时设备输出脉冲晃动大,延时调节精度低,很难满足诊断实验的具体需求。本文研究的精密同步系统,不但能够同时输出多路延时脉冲信号,而且具有良好的稳定性和精密的延时精度,另外通过设计动态控制网页,实现了系统的远程控制。
本文研究的精密同步系统分为数字延时的设计、高精度模拟延时的探索和远程控制的实现三个部分。在数字延时部分中,使用FPGA作为智能控制芯片进行延时逻辑的编程,通过系统仿真软件的时序分析,对设计电路进行改进与优化,得到最佳的逻辑结构,实现了5 ns的延时精度,并且能够同时输出16路触发同步信号与16路的指令控制信号,脉宽调制范围可达到0～21 s。高精度模拟延时探索部分基于电流积分技术,采用恒流源对电容充电,改变恒流源输出可以改变电容的充电速度。应用OTA控制电容的充电预置电压,通过改变预置电压的大小,来调节充电时间的长短,产生精密延时信号脉冲。系统的远程控制分为上位机通信和下位机通信两部分,上位机通信设计基于Internet的TCP/IP协议,通过B/S方式实现,在IntraWeb平台下开发完成,下位机通信负责接收上位机设定的系统参数,并把数据送入FPGA中相应的寄存器,由MCU控制完成。
本论文的意义和主要创新之处包括:
1.本文研究的精密同步系统可用于ICF诊断控制,能够实现不同高速诊断设备的同步触发,对于研究ICF实验现象具有重要意义。
2.本文采用FPGA技术完成数字延时部分的设计,由于对时序限制进行了深入分析,在使用低端FPGA的情况下,不但完成了多路脉冲信号的同时输出,而且实现了系统在200 MHz高频时钟下的稳定工作,满足了工程5 ns的延时精度要求。另外,设计可对各个通道分别控制,集多种功能为一体,使得使用更加的灵活、方便。
3.本文设计的远程控制系统,采用了浏览器/服务器结构,利用动态网页的控制形式,改变了传统的系统控制局限,使得控制系统的使用更加的方便。这个设计思想对于实现复杂的远程集中控制操作,起到了极大的促进作用。