专利名称：可编程脉冲发生装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种可编程脉冲发生技术，具体地说是一种具有逻辑控制和数 据处理功能的可编程脉冲发生装置及其控制方法。
技术背景目前用于脉冲电源、信号发生器及生物医疗设备中的脉冲发生电路多釆用 分立的模拟器件和分立的数字电路器件来实现。但此方法产生的脉冲稳定性和 一致性差，电子电路复杂，人为调试的随机误差和系统误差大，而且改变脉冲 输出时必须修改电子电路。国内外的脉冲发生电路很少釆用可编程器件，有的 即使采用可编程器件，但仅仅是针对具体的应用，程序扩展性差，应用范围窄。 发明内容为了克服上述不足，本发明要解决的技术问题是提供一种可编程、稳定性 高、保密性强，成本低，具有调试方便，装有逻辑控制和数据处理程序的装置 及其控制方法。为了解决上述问题，本发明釆用的技术方案是本发明装置包括可编程控制装置，用于运行逻辑控制和数据处理程序；时 钟信号发生电路，与可编程控制装置的时钟信号输入端相连，用于产生时钟信 号；周期信号发生电路，与可编程控制装置周期信号输入端相连，用于产生频 率脉宽可调的周期信号，可编程控制装置的输出信号为脉冲t^输出信号。所述可编程控制装置为CPLD、 FPGA或PLC。本发明方法包括以下步骤首先对可编程脉冲发生装置产生的时钟信号和频率脉宽可调的周期信号进 行定义；设置计数进程和计数判断进程；由时钟信号及周期信号启动计数进程， 由周期信号和计数进程产生的计数信号启动计数判断进程；对时钟信号和周期 信号)进行处理；由可编程控制装置结果输出模块输出结果。所述信号定义包括定义时钟信号及周期信号为可编程控制装置的输入信 号，可编程控制装置的输出信号为脉冲波形输出信号；定义作为中间变量的最 大值为N的计数信号和逻辑输出信号；所述计数进程包括如下处理步骤启动 该进程后，首先检测方波时钟信号是否是上升沿且为高电平，如果是，则检测 计数信号是否小于N且周期信号是否为高电平，如果是，则计数信号开始计数; N为中间变量计数信号的最大值;如果检测时钟信号是否为上升沿且为高电平的 结果为否，则结東本次进程，待到再次有触发信号时启动计数进程；所述计数 判断进程包括如下处理步骤启动后首先判断周期信号是否为高电平，如上述 判断结果为是，继续判断计数信号是否小于m，如果小于m,则逻辑输出信号 输出高电平；如果上述判断结果为不小于ni，则继续判断计数信号；是否介于 m和ri2之间，如果是，则逻辑输出信号输出与上一状态相反的状态，否则结東 本次进程；其中0〈n一ri2〈N， N为中间变量计数信号的最大值；如果判断 周期信号不为高电平，则计数判断进程结束；所述结果输出为由逻辑输出信号 和周期信号经过"与"逻辑运算后的脉冲波形输出信号。 本发明具有以下有益效果及优点1. 扩展性强。本发明在时钟信号和频率脉宽可调的周期信号输入相同的情 况下，修改程序中的参数便可得到不同的输出信号波形，因此可以在不改变微 胶囊制备仪控制电路的情况下，改变高压输出波形，制备不同粒径的微胶囊， 提高了本发明的可扩展性；2. 系统误差小。本发明可编程脉冲发生装置产生的脉冲波形完全按照程序 指令执行，随时间漂移小，减少了人为调试硬件的误差，输出脉冲的系统误差3. 本发明可编程脉冲发生装置可以使仪器的输出波形更规则；4. 应用范围广。可编程脉冲发生装置可以通过修改程序中的参数任意改变 输出脉冲的类型，脉冲宽度，每组脉冲的脉冲个数，每亳秒脉冲组数及脉冲组 之间的时间间隔，可以满足不同应用的需要。
图i为本发明结构框图；图2为本发明程序总体流程图；图3为本发明计数进程程序流程图；图4为本发明计数判断进程程序流程图；图5为本发明应用于微胶囊制备仪控制电路图；图6为本发明实施例1脉冲波形放大图；图7为本发明实施例1输出高压脉冲波形示意图；图8为本发明实施例1制备的ACA微胶囊；图9为本发明实施例2脉冲波形放大图；图IO为本发明实施例2输出高压脉冲波形示意图；图11为本发明实施例2制备的ACA微胶囊。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。 实施例1如图1所示，本发明包括可编程控制装置，用于运行逻辑控制程序和数 据处理程序；时钟信号发生电路，与可编程控制装置的时钟信号clk输入端相连， 用于产生方波时钟信号clk;周期信号发生电路，与可编程控制装置的输入端相 连，用于产生频率脉宽可调的周期信号ctrl,可编程控制装置的输出信号为脉冲 波形输出信号qout。所述可编程控制装置为可编程器件CPLD、 FPGA或PLC,本 实施例釆用CPLD。如图2所示，逻辑控制和数据处理程序可由数字电路图或硬件描述语言开 发；输入信号必须为频率脉宽可调的周期信号ctri和一定频率的时钟信号clk。
逻辑控制和数据处理程序由信号定义、计数进程、计数判断进程和结果输 出组成。逻辑控制和数据处理程序釆用基于计数器的程序框架，双进程同步执 行，双进程分别为计数进程和计数判断进程，在计数进程计数的同时，计数判 断进程同步执行，确保结果输出状态的实时转换，步骤如下首先对可编程脉冲发生装置产生的时钟信号Clk和频率脉宽可调的周期信号ctrl进行定义；设置计数进程和计数判断进程；由时钟信号clk及周期信号ctrl启动计数进程，由周期信号Ctrl和计数信号 cnt启动计数判断进程；对时钟信号elk和频率脉宽可调的周期信号ctrl进行处理； 由可编程控制装置结果输出模块输出结果。所述信号定义包括定义时钟信号clk及周期信号ctrl为可编程控制装置的 输入信号，可编程控制装置的输出信号为脉冲^^输出信号qout;在程序中还 需定义作为中间变量的最大值为N的整形计数信号cnt和逻辑输出信号state。如图3所示，所述计数进程包括如下处理步骤由方波时钟信号clk及周期 信号ctrl触发启动计数进程后，首先检测方波时钟信号clk是否是上升沿且为高 电平，如果是，则检测计数信号cnt是否小于N且周期信号ctrl是否为高电平， 如果是，则计数信号cnt开始计数；N为中间变量计数信号cnt的最大值。如果 检测时钟信号clk是否为上升沿且为高电平的结果位否，则结束本次进程，待到 再次有触发信号时启动计数进程。计数进程就是在时钟信号clk上升沿时计数。在计数进程程序之前首先定义 一个整形的计数信号cnt的最大值为N。当触发信号变化启动计数且满足计数条 件时，计数信号cnt从O计数到N。如果计数进程的触发信号没有停止变化，则 计数信号cnt反复地从0计数到N。当计数进程启动但不满足计数条件时，计数 信号cnt输出一直为0。如图4所示，所述计数判断进程包括如下处理步骤由周期信号ctrl和计数 信号cnt触发计数判断进程启动后，首先判断周期信号ctrl是否为高电平，如上 述判断结果为是，继续判断计数信号cnt是否小于m,如果小于m则逻辑输出信 号state输出高电平；如果上述判断结果为不小于ni,则继续判断计数信号cnt 是否介于n！和112之间，如果是则逻辑输出信号state输出与上一状态相反的状态， 否则结東本次进程;其中0< n一 n2〈N,N为中间变量计数信号cnt的最大值; 如果判断周期信号ctrl不为高电平，则计数判断进程结東。依此方法对cnt大小 进行判断，实现state状态的转换。结果输出就是在计数进程和计数判断进程结東后，qout输出什么状态。qout 的输出由计数进程和计数判断进程决定。两进程结束后把state信号和ctrl信号 进行"与"逻辑算后由脉冲^^输出信号qout输出。如图5所示，把可编程脉冲发生装置应用于微胶囊制备仪控制电路中，图 中虛线部分为可编程脉冲发生装置。由周期信号发生电路产生频率可变、脉宽
可变的周期信号Ctrl,由时钟信号发生电路产生时钟信号clk。经可编程控制装 置处理后，输出驱动电子开关K的脉冲^^输出信号qout,从而在升压变压器 T的次级产生高压拟似方波，用于微胶囊制备。相同输入下，修改程序可得到不 同的脉冲波形输出信号qout的波形，因此可以在不改变微胶囊制备仪控制电路 的情况下，改变高压输出波形，用于制备不同粒径的微胶囊。把可编程脉冲发生装置应用于微胶囊制备仪控制电路中，可编程脉冲发生 装置的输入信号参数如下时钟信号elk为1MHz,周期信号ctrl脉宽为6 ms。逻辑控制和数据处理程序参数如下N =300,即0<cnt<300, n产10, n2=20, n3=30， n4=40，其中0<nl<n2<n3<n4<N,经程序处理后，脉冲波形输出信号qout 的输出^^如图6所示。脉冲波形输出信号qout驱动微胶囊制备仪高压模块产 生如图7所示的拟似方波高压脉冲，利用该高压脉冲制得的ACA微胶囊(海藻 酸钠-可聚糖-海藻酸钠微胶囊)如图8所示，该微胶囊的平均粒径为300nm, 球形度好，分散性可以达到20%，碎片含量少，仅占总量8%，基本达到细胞移 植的要求。实施例2与实施例1的不同之处在于把可编程脉冲发生装置应用于微胶囊制备仪 控制电路中，可编程控制装置的输入信号参数如下时钟信号clk为1MHz,周 期信号ctrl脉宽为4ms。逻辑控制和数据处理程序参数如下N- 1000，即0<cnt<1000, =10，n2=20， 经程序处理后，qout输出t^如图9所示。脉冲^^输出信号qout驱动脉冲微 胶囊制备仪高压模块产生如图10所示拟似方波高压脉冲，禾拥该高压脉冲制得 如图11所示的ACA微胶囊。该微胶囊的平均粒径为400nm,球形度好，分散 性可以达到10%,基本没有碎片，完全达到细胞移植的要求。
权利要求
1. 一种可编程脉冲发生装置，其特征在于包括可编程控制装置，用于运行逻辑控制和数据处理程序；时钟信号发生电路，与可编程控制装置的时钟信号输入端相连，用于产生时钟信号(clk)；周期信号发生电路，与可编程控制装置周期信号输入端相连，用于产生频率脉宽可调的周期信号(ctrl)，可编程控制装置的输出信号为脉冲波形输出信号(qout)。
2. 根据权利要求1所述的可编程脉冲发生装置，其特征在于所述可编程控 制装置为CPLD、 FPGA或PLC。
3. —种可编程脉冲发生装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤 首先对可编程脉冲发生装置产生的时钟信号(elk)和频率脉宽可调的周期信号(ctrl)进行定义；设置计数进程和计数判断进程；由时钟信号(elk)及周期信号(Ctrl)启动计数进程，由周期信号(Ctrl)和 计数进程产生的计数信号(cnt)启动计数判断进程； 对时钟信号(elk)和周期信号(Ctrl)进行处理； 由可编程控制装置结果输出模块输出结果。
4. 根据权利要求3所述的可编程脉冲发生装置的控制方法，其特征在于 所述信号定义包括定义时钟信号(elk)及周期信号(Ctrl)为可编程控制装置 的输入信号，可编程控制装置的输出信号为脉冲波形输出信号(qout);定义作 为中间变量的最大值为N的计数信号(cnt)和逻辑输出信号(state)。
5. 根据权利要求3所述的可编程脉冲发生装置的控制方法，其特征在于 所述计数进程包括如下处理步骤启动该进程后，首先检测方波时钟信号(dk) 是否是上升沿且为高电平，如果是，则检测计数信号(cnt)是否小于N且周期 信号(Ctrl)是否为高电平，如果是，则计数信号(cnt)开始计数；N为中间变 量计数信号的最大值。
6. 根据权利要求5所述的可编程脉冲发生装置的控制方法，其特征在于 如果检测时钟信号(elk)是否为上升沿且为高电平的结果为否，则结東本次进 程，待到再次有触发信号时启动计数进程。
7. 根据权利要求3或4所述的可编程脉冲发生装置的控制方法，其特征在 于所述计数判断进程包括如下处理步骤启动后首先判断周期信号(ctrl)是 否为高电平，如上述判断结果为是，继续判断计数信号(cnt)是否小于ni，如 果小于m,则逻辑输出信号(state)输出高电平。
8. 根据权利要求7所述的可编程脉冲发生装置的控制方法，其特征在于 如果上述判断结果为不小于m,则继续判断计数信号(cnt)是否介于m和ri2之 间，如果是，则逻辑输出信号(state)输出与上一状态相反的状态，否则结束本 次进程；其中0〈n!〈ri2〈N, N为中间变量计数信号(cnt)的最大值。
9. 根据权利要求7所述的可编程脉冲发生装置的控制方法，其特征在于 如果判断周期信号(Ctrl)不为高电平，则计数判断进程结束。
10. 根据权利要求3所述的可编程脉冲发生装置的控制方法，其特征在于 所述结果输出为由逻辑输出信号(state)和周期信号(ctrl)经过"与"逻辑运 算后的脉冲^i^输出信号(qout)。
全文摘要
本发明涉及一种可编程脉冲发生装置及其控制方法，包括可编程控制装置，用于运行逻辑控制和数据处理程序；时钟信号发生电路，与可编程控制装置的时钟信号输入端相连，用于产生时钟信号；周期信号发生电路，与可编程控制装置周期信号输入端相连，用于产生周期信号，可编程控制装置输出脉冲波形输出信号。该方法包括对可编程脉冲发生装置产生的时钟信号和周期信号进行定义；设置计数进程和计数判断进程；由时钟信号及周期信号启动计数进程，由周期信号和计数进程产生的计数信号启动计数判断进程；对时钟信号和周期信号进行处理；由可编程控制装置结果输出模块输出结果。本发明通过改变高压输出波形制备不同粒径的微胶囊，系统误差小，可扩展性强。
文档编号H03K5/153GK101399531SQ200710012979
公开日2009年4月1日 申请日期2007年9月28日 优先权日2007年9月28日
发明者伟 吴, 张家明, 静 朱, 王乐群, 谢威杨, 马小军 申请人:中国科学院大连化学物理研究所