基于LabVIEW的多路時序控制脈沖發(fā)生器設(shè)計
這種產(chǎn)生方法的脈寬和延時精度決定于高低電平的延時精度。軟件延時通過調(diào)用延時函數(shù)(即Wait函數(shù))來實現(xiàn),而LabVIEW中的Wait延時函數(shù)最小只能到毫秒級,并且受Windows操作系統(tǒng)中多任務(wù)運行的影響,在同時運行其他程序時,延時時間不穩(wěn)定。因此,這種方法只有在延時和脈寬調(diào)節(jié)精度不高的場合可以適用,而對穩(wěn)定性和精度要求較高的場合,并不適用。
3.2 時鐘信號法
利用數(shù)據(jù)采集卡自帶的時鐘信號發(fā)生器直接產(chǎn)生周期性的脈沖波形。這種方法可以結(jié)合NI公司的DAQ Insistant(助手)方便地設(shè)置參數(shù),產(chǎn)生所需的脈沖波形。由于采用板卡的時鐘信號發(fā)生器是完全基于硬件定時的,所以延時時間和脈寬調(diào)節(jié)精度及穩(wěn)定性較高,具體參數(shù)取決于板卡的時鐘頻率。但這種方法受數(shù)據(jù)采集卡的時鐘信號發(fā)生器個數(shù)和輸出的路數(shù)限制,一個時鐘信號的發(fā)生器只能輸出一路信號,而普通的數(shù)據(jù)采集卡只有一個或幾個時鐘信號發(fā)生器,所以產(chǎn)生信號路數(shù)較少。
3.3 數(shù)字波形法
先通過軟件產(chǎn)生波形(模擬波形),再轉(zhuǎn)換成數(shù)字波形,然后從數(shù)字通道輸出,循環(huán)上述過程,就可以連續(xù)產(chǎn)生一路周期性的TTL脈沖信號。如果需要產(chǎn)生多路的時序脈沖信號,只要采用多路數(shù)字信號序列同步輸出的方法產(chǎn)生即可。比如:需要產(chǎn)生如圖2所示的兩路脈沖信號波形,可以同步地以1 kS/s的樣本輸出速率。分別在兩個數(shù)字通道輸出如圖3所示的兩列數(shù)字波形。
如果是多路時序脈沖,只需要增加同步輸出路數(shù)就可以實現(xiàn)。然而時序脈沖信號的延時精度和脈寬精度調(diào)節(jié)取決于每個數(shù)字通道的樣本輸出速率,如采用1 MS/s的樣本輸出速率,則可以實現(xiàn)1μs(1 s/1 MHz)的調(diào)節(jié)精度,延時時間和脈沖寬度調(diào)節(jié)則通過改變延時數(shù)字樣本數(shù)和脈寬數(shù)字樣本數(shù)實現(xiàn),具體關(guān)系為:
延時時間一精度×延時數(shù)字個數(shù),
脈沖寬度一精度×脈沖寬度數(shù)字個數(shù)
采用數(shù)字波形法來產(chǎn)生時序脈沖波形。由于NIPCI-6229數(shù)據(jù)采集卡數(shù)字I/O的同步時鐘采用板卡自帶的硬件時鐘定時,所以不受計算機操作系統(tǒng)多任務(wù)運行時的影響,穩(wěn)定性好。PCI-6229共有48路DIO通道,因此時序脈沖輸出路數(shù)擴充方便。在此,采用數(shù)字波形法和PCI-6229數(shù)據(jù)采集卡,實現(xiàn)了多路時序脈沖信號發(fā)生器,其延時和脈寬調(diào)節(jié)精度可以穩(wěn)定地達到微秒數(shù)量級。
4 軟件編程
4.1 程序框圖
圖4為兩路脈沖信號發(fā)生器的程序框圖,多路脈沖發(fā)生器只需增加相應(yīng)的輸入端即可。
先用Pulse Pattern.vi子模板產(chǎn)生一個模擬脈沖波形,其中延時、脈寬、周期(即樣本數(shù))用控件調(diào)節(jié),再用Analog to Digital Waveform.vi子模板將模擬脈沖波形轉(zhuǎn)換成數(shù)字波形,同時設(shè)定正負邏輯轉(zhuǎn)換開關(guān)。再把各單路數(shù)字波形用bundle函數(shù)進行捆綁,再通過DAQmx Write.vi子模板從選定的數(shù)字I/O通道寫出,故在各個數(shù)字輸出通道產(chǎn)生脈沖波形。然而時序脈沖信號的周期性通過For Loop循環(huán)實現(xiàn),一次循環(huán)產(chǎn)生一個脈沖波形,即實現(xiàn)一次控制過程,如果需要進行多次控制,只要設(shè)定循環(huán)次數(shù)即可。
數(shù)字信號輸出過程中的關(guān)鍵是數(shù)字通道的樣本輸出速率。樣本輸出速率通過一個樣本時鐘控制,在本發(fā)生器中由計數(shù)器/定時器通過編程輸出設(shè)定頻率的連續(xù)矩形脈沖,再從數(shù)據(jù)采集卡的PFI12接口輸入,作為控制各路數(shù)字波形輸出的同步時鐘,控制各數(shù)字通道同步輸出波形。其中,同步時鐘脈沖的周期就是時序脈沖延時和脈寬調(diào)節(jié)精度。實際測量表明,在該數(shù)據(jù)采集卡中最小可達到0.5μs的調(diào)節(jié)精度。
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