一种脉冲采集及灵活产生脉冲的控制电路的制作方法

1.本发明涉及脉冲采集输出技术领域，尤其涉及一种脉冲采集及灵活产生脉冲的控制电路。


背景技术：

2.脉冲技术(pulse techniques)是脉冲信号产生和波形变换的技术，其广泛地应用于电子计算机、通信、雷达、电视、自动控制、遥测遥控、无线电导航、测量技术等各个领域，成为各种电子系统中的重要的组成部分。
3.脉冲信号采集设计是采用分立元件搭建的单稳态电路来实现，脉冲采集技术主要是通过快时钟通过通用输入输出接口(gpio)采集外部输入的信号，通过边沿信号变化的时间来得到脉冲宽度。脉冲输出是指脉冲输出指令检测，为脉冲输出设置的特殊存储器位然后激活由特殊存储器位定义的脉冲操作。脉冲输出的模式主要由控制器决定。
4.cn104467763a公开了一种多路输出同步脉冲控制系统，其由控制参数处理单元、脉冲信号产生单元、8路脉冲幅度调整单元、8路脉冲输出驱动单元组成；控制参数处理单元由微控制器、按键盘、显示屏构成，微控制器包括网口、232串口、spi接口；微控制器通过数据总线、地址总线与脉冲信号产生单元连接；微控制器通过spi接口与8路脉冲幅度调整单元连接；每个脉冲幅度调整单元分别对应连接一个脉冲输出驱动单元；脉冲信号产生单元采用fpga芯片实现电路结构，其fpga内部逻辑控制电路包括时钟信号产生模块、8路脉冲控制通道。
5.cn112332810a公开了一种多路高功率同步脉冲输出装置，包括装置本体；装置本体包括同步脉冲主板；同步脉冲主板上设置有：脉冲信号输入单元，用于接入外触发脉冲输入信号源；信号输入预处理单元，用于对外触发脉冲输入信号进行预处理；coms同步驱动器，用于实现多路脉冲信号的输出；动态时延调节单元，用于对cmos同步驱动器输出的多路脉冲信号进行动态单延时调节；偏置功率输出驱动电路，用于实现高功率脉冲驱动；多路高功率驱动脉冲输出接口，用于向外部工业设备输出多路高功率同步脉冲信号。
6.cn112332810a公开了一种多路高功率同步脉冲输出装置，包括同步脉冲主板，该同步脉冲主板上设置有脉冲信号输入单元，该脉冲信号输入单元用于接入外触发脉冲输入信号源；信号输入预处理单元，该信号输入预处理单元和脉冲信号输入单元电性连接，用于对外触发脉冲输入信号进行预处理；coms同步驱动器，该cmos同步驱动器和信号输入预处理单元电性连接，用于实现多路脉冲信号的输出；动态时延调节单元，动态时延调节单元和cmos同步驱动器电性连接，用于对cmos同步驱动器输出的多路脉冲信号进行动态单延时调节；偏置功率输出驱动电路，该偏置功率输出驱动电路和动态时延调节单元电性连接，用于实现高功率脉冲驱动；多路高功率驱动脉冲输出接口，多路高功率驱动脉冲输出接口和偏置功率输出驱动电路电性连接，用于向外部工业设备输出多路高功率同步脉冲信号。
7.对于脉冲采集输出，现有技术主要以单一脉冲采集模块或者普通脉冲宽度调制(pwm)模块进行输出，没有集成脉冲采集模块及可编码的脉冲输出模块的设计，然而普通的
脉冲宽度调制(pwm)模块只能产生周期性反向脉冲及周期性带死区的脉冲，无法进行随意编码的脉冲输出，且无法模拟其他的串行接口协议，因此灵活性明显不足；其次，脉冲采集和脉冲产生模块无法联动，复用性不足，并且采用单一软件编制使得触发的软件间隔时间具有不确定性。因此，现有技术仍有亟待解决的至少一个或多个技术问题。
8.此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。


技术实现要素：

9.针对现有技术之不足，本发明提供了一种脉冲采集及灵活产生脉冲的控制电路，旨在解决现有技术中存在的至少一个或多个技术问题。
10.为实现上述目的，本发明提供了一种脉冲采集及灵活产生脉冲的控制电路，包括：
11.脉冲收发模块，用于采集和输出脉冲信号；
12.硬件触发模块，用于还原脉冲信号，并经硬件触发脉冲收发模块、中央处理器模块和存储模块中的一个或多个即时开始工作；
13.存储模块，用于存储脉冲信号数据；以及
14.中央处理模块；
15.其特征在于，
16.脉冲收发模块能够通过输入输出接口采集单路的第一脉冲信号或并行的多路第二脉冲信号，并通过输入输出接口发送若干单路的第三脉冲信号或并行的多路第四脉冲信号，
17.其中，若干单路的第三脉冲信号或并行的多路第四脉冲信号经硬件触发模块还原处理或经中央处理模块编码处理形成。
18.优选地，中央处理模块针对硬件触发模块的还原处理预先配置相应的第一工作模式，在第一工作模式下，
19.在脉冲收发模块中的第一路脉冲收发子模块采集到至少一路单路的脉冲信号之时，由硬件触发模块根据中央处理模块预设的第一工作模式来执行用于触发计时任务的第一操作和用于在计时任务截止时触发至少一个第二路脉冲收发子模块执行脉冲信号输出的第二操作。
20.优选地，中央处理模块针对中央处理模块的编码处理预先配置相应的第二工作模式，在第二工作模式下，
21.在脉冲收发模块中的第一路脉冲收发子模块采集到至少一路单路的脉冲信号之时，由中央处理模块将脉冲信号编码处理为第三脉冲信号或并行的多路第四脉冲信号，并由硬件触发模块根据中央处理模块预设的第二工作模式来执行用于触发计时任务的第三操作和用于在计时任务截止时触发至少一个第二路脉冲收发子模块执行脉冲信号输出的第四操作。
22.优选地，脉冲收发模块的第一路脉冲收发子模块与第二路脉冲收发子模块是彼此不同的通道。
23.优选地，本发明的脉冲信号采集处理系统还包括定时器，其用于执行针对脉冲信号采集及发送过程的计时任务。
24.优选地，定时器执行相应计时任务时对应的预设发送延迟大于中央处理模块针对脉冲信号数据进行编码处理所需的时间。
25.优选地，脉冲收发模块中的第一路脉冲收发子模块采集到至少一路单路的脉冲信号之时，由脉冲收发模块采集的脉冲信号被存入至存储模块。
26.优选地，本发明的脉冲信号采集处理系统还包括直接存储访问器，其用于控制存储模块针对脉冲信号数据的读写。
27.优选地，脉冲收发模块配置有周期寄存器或阈值寄存器，以用于产生任意脉冲信号。
28.优选地，脉冲收发模块产生特定的脉冲信号包括：通过直接存储访问器将预制的脉冲信号数据载入到脉冲收发模块的数据寄存器上，将数据寄存器中的脉冲信号数据分别导入周期比较器和阈值比较器，根据周期比较器和阈值比较器产生特定的脉冲信号。
29.本系统可以支持硬件(硬件触发模块)直接还原脉冲数据给到脉冲输出模块，也支持中央处理模块(cpu)根据需要通过软件编码对数据进行处理，转换成脉冲输出模块需要的配置数据，再存储到特定的随机存取存储器(ram)中，此过程可通过直接存储访问器(dma)模块转移脉冲输出模块需要的配置数据。
30.本发明的优势在于：本发明既支持通过硬件触发模块直接还原输出原始波形，也支持软件方面对采集的脉冲信号进行编码重构，而采用硬件直接还原能够保证脉冲信号产生过程中固定且较低的时延；同时本系统也支持硬件触发，即能够在特定时间点将中央处理器软件编码重构形成的特定协议的脉冲信号数据输出到通用输入输出接口(gpio)，因此具备较强的灵活性，能够适应任意形式脉冲信号的产生需求；另外，本发明针对脉冲信号采集发送的脉冲产生模块具备较高集成度，降低了整个系统的设置架构成本，具备优异的复用性及通用性。
附图说明
31.图1是本发明提供的一种优选实施方式的控制电路的结构原理图。
32.附图标记列表
33.10：中央处理模块；20：硬件触发模块；30：定时器；40：脉冲收发模块；50：直接存储访问器；60：存储模块；70：总线。
具体实施方式
34.下面结合附图进行详细说明。
35.本发明提供一种脉冲采集及灵活产生脉冲的控制电路，可用于动态采集脉冲输入，并通过硬件直接还原脉冲或通过中央处理器软件编码成任意需要的脉冲进行输出。特别地，本发明中，由中央处理器软件编码形成的脉冲信号可基于预设的延时进行输出。
36.具体地，本发明提供一种脉冲采集及灵活产生脉冲的控制电路，如图1所示，该控制电路可以包括彼此电性连接的中央处理模块10、硬件触发模块20、定时器30、脉冲收发模块40、直接存储访问器50以及存储模块60。各功能模块或软硬件通过总线70相互通信。
37.根据一种优选实施方式，脉冲收发模块40可用于通过通用输入输出接口(gpio)针对脉冲信号进行采集和发送。特别地，脉冲收发模块40可配置为只采集特定的上升沿下降沿，以根据不同的边沿时间来进行数据处理及分析。
38.根据一种优选实施方式，脉冲信号是指在极短时间内产生的具有一定宽度的电信号波(矩形波)。脉冲信号具有多种类型。具体地，在发生事态时仅发生1次的脉冲称为单次脉冲，连续重复发生的脉冲称为连续脉冲。单次脉冲可用于通过检测，连续脉冲可用于电机转速采集。
39.根据一种优选实施方式，脉冲信号的1次往返所需时间称为脉冲周期。脉冲频率与脉冲周期为倒数关系。通常在高频率时采集脉冲频率，低频率时采集脉冲周期。
40.根据一种优选实施方式，脉冲采集中所涉及的参数包括采样周期和输入频率带宽。针对脉冲信号的采集内容除输入脉冲的频率及周期以外，通常还包括脉宽、上升时间、下降时间、占空比、相位差宽等。除此之外，采集内容还包括脉冲输入种类及通道数、分辨率、最小脉宽、采集范围、可计数采集脉冲范围等多项内容。
41.根据一种优选实施方式，存储模块60可用于存储脉冲信号数据。
42.根据一种优选实施方式，直接存储访问器50可用于控制存储模块60针对脉冲信号数据的读写。特别地，直接存储访问器50允许在外部设备和存储模块60之间直接读写脉冲信号数据，不需要经过中央处理模块10。具体而言，通过脉冲收发模块40采集的脉冲信号数据需在直接存储访问器50处暂存，并由直接存储访问器50将脉冲信号数据进一步转存至存储模块60。
43.根据一种优选实施方式，每一个直接存储访问器50(dma)通道都有其特定的硬件优先级，且拥有不同的优先权，数字越小，优先级越高。当两个或两个以上的通道同时被激活，直接存储访问器(dma)控制器将根据通道的优先级顺序依次提供服务，低优先级通道在传输过程中可被高优先级通道申请中断。
44.根据一种优选实施方式，硬件触发模块20可用于接收其它系统模块的硬件信号，触发其它模块即时开始工作，以保证系统延时固定。进一步地，硬件触发模块20可经预设指令驱动以通过脉冲收发模块40输出脉冲信号数据并通过特定的输入输出接口输出至相应的外部设备。
45.根据一种优选实施方式，硬件触发模块20(触发器)通常是指在时钟信号触发时才能动作的存储单元电路。具体而言，在实际的数字系统中往往包含大量存储单元，而且经常要求它们在同一时刻同步动作，为达到这个目的，在每个存储单元电路上引入一个时钟脉冲(clk)作为控制信号，当时钟脉冲(clk)到来时电路才被触发而动作，并根据输入信号改变输出状态。
46.根据一种优选实施方式，脉冲收发模块40通过特定的输入输出接口输出的脉冲信号可包括经脉宽调制(pwm)和脉冲振幅调制(pam)的脉冲信号。具体地，脉宽调制(pwm)指通过脉宽(持续输出时间)与间隔(开启与关闭的间隔)控制电流与电压的方式。在某个期间中“脉冲开启时间”的比率称为占空比，通过改变占空比即可获得合适的电压。通过缩短开启/关闭的周期，可获得与开启脉宽成正比的电压。脉冲振幅调制(pam)指通过脉冲强度(振幅)控制电流或电压的方式。
47.根据一种优选实施方式，定时器30可用于执行针对脉冲信号采集及发送过程的计
时任务。
48.根据一种优选实施方式，通过本发明提供的脉冲采集及灵活产生脉冲的控制电路对脉冲信号进行采集及硬件还原的步骤具体如下：
49.步骤1.1配置通用输入输出接口(gpio)用作脉冲信号的输入，并将脉冲收发模块40的其中一个或多个信号通道配置成脉冲采集模式，且配置对应的寄存器初始值，使能硬件触发模块20功能。
50.步骤1.2配置通用输入输出接口(gpio)用作脉冲信号的输出，并将脉冲收发模块40的其中一个或多个信号通道配置成脉冲产生模式，初始化配置寄存器，使能直接存储访问器50功能。
51.步骤1.3使能脉冲收发模块40，等待直接存储访问器50的脉冲信号数据。
52.步骤1.4使能脉冲收发模块40，待脉冲信号采集到指定的数据量之时，直接存储访问器50开始转移脉冲信号数据，脉冲收发模块40将经由硬件触发模块20还原的脉冲波形输出到指定的通用输入输出接口(gpio)。
53.根据一种优选实施方式，通用输入输出接口(gpio)用于电信号在电路中的输入输出，以方便控制电路部件。
54.根据一种优选实施方式，作为脉冲信号的输入的信号通道与作为脉冲信号的输出的信号通道是彼此不同的信号通道。
55.根据一种优选实施方式，通过本发明提供的脉冲采集及灵活产生脉冲的控制电路对脉冲信号进行采集编码并在预设时延后输出的步骤具体如下：
56.步骤2.1配置通用输入输出接口(gpio)用作脉冲信号的输入，并将脉冲收发模块40的其中一个或多个信号通道配置成脉冲采集模式，且配置对应的寄存器初始值，使能脉冲收发模块40。
57.步骤2.2配置硬件触发模块20，使脉冲信号采集的中断触发定时器30(timer)进行计数，待定时器30(timer)计数到指定时间产生中断时触发脉冲收发模块40。
58.步骤2.3配置定时器30(timer)的计数值。
59.步骤2.4选择通用输入输出接口(gpio)用作脉冲信号的输出，并将脉冲收发模块40的其中一个或多个信号通道配置成脉冲产生模式，配置脉冲收发模块40的配置寄存器，使能直接存储访问器50(dma)功能。
60.步骤2.5脉冲收发模块40开始执行脉冲信号的采集输入，将其采集到的脉冲信号数据通过直接存储访问器50(dma)写入到存储模块60(ram)中，并在达到相应数据量时产生中断。
61.步骤2.6中央处理模块10读取存储模块60(ram)中的脉冲信号数据，并对脉冲信号数据进行编码。
62.步骤2.7等待硬件触发模块20触发脉冲收发模块40，并通过预先配置的通用输入输出接口(gpio)开始输出经中央处理模块10编码后的脉冲信号。
63.根据一种优选实施方式，待脉冲收发模块40采集到的脉冲信号数据达到指定数据量并中断采集动作之时，定时器30(timer)进行计数。进一步地，定时器30(timer)计数过程中，中央处理模块10读取经直接存储访问器50预先转存于存储模块60中的脉冲信号数据，中央处理模块10依据脉冲输出需求对脉冲信号数据进行编码。待定时器30(timer)计数结
束时，使能硬件触发模块20触发脉冲收发模块40，以通过指定的通用输入输出接口(gpio)输出经中央处理模块10编码产生的单路或多路的脉冲信号。
64.根据一种优选实施方式，本发明中，针对定时器30(timer)配置的计数值应当使中央处理模块10(cpu)有足够的时间对需要输出的脉冲信号进行编码。具体而言，定时器30(timer)的预设计数值优选大于中央处理模块10针对脉冲信号数据进行编码处理所需的时间。
65.根据一种优选实施方式，本发明中，在采集脉冲信号时，将脉冲收发模块40的任意一个或多个脉冲收发子模块(信号通道)配置成脉冲采集模式，配置初始设置(包括配置寄存器初始值)，确定采集的信号沿，并选择特定的通用输入输出接口(gpio)作为输入。进一步地，启动脉冲采集计数器(timer)，使能脉冲采集，并监控通用输入输出接口(gpio)处的变化。
66.根据一种优选实施方式，当采集到脉冲信号输入通道的变化后，将脉冲信号数据存储于先进先出队列(fifo)中，可配置fifo深度，当fifo深度达到设定值后，使能硬件触发模块20以将采集到的脉冲信号数据以特定格式的脉冲信号通过脉冲收发模块40输出至外部设备，并通过直接存储访问器50将脉冲信号数据存储于存储模块60中。
67.根据一种优选实施方式，本发明也可以通过产生中断通知中央处理模块10，中央处理模块10通过软件重编码并将脉冲信号数据存储到存储模块60中。特别地，本发明支持脉冲采集经过特定时延后输出脉冲信号。具体地，首先配置硬件触发模块20，并将脉冲采集的中断设置为第一触发源。设置定时器30(timer)的使能设置为第一目标任务。设置定时器30(timer)计数到指定时间并产生中断为第二触发源，并将脉冲收发模块40的使能和直接存储访问器50使能作为第二目标任务。
68.根据一种优选实施方式，配置定时器30(timer)的计数值，并根据前述采集脉冲信号之步骤配置脉冲收发模块40的采集任务，以及根据所需脉冲信号的输出配置脉冲收发模块40的脉冲产生任务。进一步地，使能脉冲收发模块40，通过硬件触发模块20转化或者中央处理模块10软件编码将采集的脉冲信号数据保存至存储模块60。
69.具体而言，配置脉冲收发模块40的采集任务可包括将脉冲收发模块40的其中一个或多个通道配置成脉冲采集模式，配置初始设置(包括配置寄存器初始值)，并选择采集的信号沿和选择特定的通用输入输出接口(gpio)作为输入；打开脉冲采集计数器(定时器30)。
70.进一步地，配置脉冲收发模块40的脉冲产生任务可包括将脉冲收发模块40的其中一个或多个通道配置成脉冲输出模式，配置初始设置(包括配置寄存器初始值)，并选择采集的信号沿和选择特定的通用输入输出接口(gpio)作为输出；通过直接存储访问器50(dma)将准备好的脉冲信号数据载入到脉冲收发模块40的数据寄存器。
71.根据一种优选实施方式，本发明中，脉冲收发模块40可通过配置周期寄存器或者阈值寄存器，产生任意形式的脉冲输出。具体地，通过中央处理模块10预先编程，且根据采集并导入至数据寄存器的脉冲信号数据，中央处理模块10确定针对脉冲信号数据的硬件还原或程序编码处理。特别地，每个脉冲收发模块40可支持多个通道的输出。
72.根据一种优选实施方式，本发明中，在基于所需脉冲信号通过脉冲收发模块40发送或输出特定的脉冲信号时，将脉冲收发模块40的任意一个或多个脉冲收发子模块(信号
通道)配置成脉冲输出模式，配置初始设置，并选择特定的通用输入输出接口(gpio)作为输出。进一步地，通过直接存储访问器50将准备好的脉冲信号数据载入到脉冲收发模块40的数据寄存器上，将数据寄存器中的数据分别导入周期比较器和阈值比较器，以根据这两个比较器产生脉冲。此后，根据中央处理模块10或定时器30的配置来使能脉冲收发模块40，以根据寄存器数据产生指定的脉冲信号至外部设备。
73.根据一种优选实施方式，本发明支持将单路的脉冲信号经硬件触发模块20直接还原或是经中央处理模块10程序编码产生单路或并行多路的脉冲信号并通过脉冲收发模块40输出。另一方面，本发明也支持将并行多路的脉冲信号经硬件触发模块20直接还原或是经中央处理模块10程序编码产生单路或并行多路的脉冲信号并通过脉冲收发模块40输出。特别地，脉冲信号的输出模式优选以外部设备的实际需求来决定。
74.在一些可选实施方式中，本发明的应用场景可包括一对一(单路脉冲转单路脉冲)/一对多(单路脉冲转多路脉冲)或是多对一(多路脉冲转单路脉冲)/多对多(多路脉冲转多路脉冲)等具体形式。
75.具体地，例如对于一对多的可控延时收发场景，使能脉冲收发模块40以通过脉冲收发模块40采集一个电机的控制脉冲信号，且脉冲收发模块40采集的脉冲数据量达到阈值时产生中断并触发定时器30计数。定时器30计数达到指定时间触发脉冲收发模块40以将脉冲信号多路重复性地转发给多路电机控制器。
76.另一方面，例如对于非通用协议的脉冲信号和通用协议的脉冲信号转换的场景，首先通过脉冲收发模块40将其他用户灵活定制的私有协议的脉冲信号采集下来，并通过中央处理模块10进行重新编码，以转为通用协议的脉冲信号输出。具体而言，例如在电表、水表等领域，有些协议为非标准模式，属于私有协议，和通用接口不匹配，可将脉冲信号采集下来，通过中央处理模块10重编码还原为匹配通用接口协议的脉冲信号。或者，配置两个本系统，且两个本系统分别执行脉冲信号的采集与发送任务，此过程中，用户可以自行灵活定制通信协议，以对脉冲信号进行灵活编码和解码，使得编码的脉冲信息不易被他人破解。
77.需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。