数字同步技术的片上可编程系统实现

论文摘要

电脉冲或光脉冲精密延时的产生和控制技术在诸多具有时间分辨的实验研究和测试中具有广泛地应用。在惯性约束聚变研究领域，打靶的多路激光脉冲不但需要一致的波形和功率，而且需要有很高的时间一致性，以达到功率平衡，即多路打靶激光脉冲在时域上要求严格同步，具有触发晃动小(≤10ps)、延时调节精度高(≤10ps)及易于程控的精密同步系统就是为此而提出的。本论文以惯性约束聚变对集中时间同步技术的需求立题，以FPGA可编程技术实现数字同步为主要研究内容，具有一定的实用价值。论文主要利用了FPGA芯片高密度、高性能的特点，将数字同步集成到单片FPGA芯片内(包括控制逻辑和RS232接口逻辑)，构成片上可编程系统，使系统结构更简单、电路设计更灵活、稳定性更高。系统采用了MFC框架编程设计了上位机控制程序，实现了高频同步计数延时系统与总控平台的RS232串口通信，并分析了触发晃动的产生机理，采用时钟约束设计了高频同步计数延时电路，计数器的计数时钟频率达到160MHz，实现了6.25ns步进调节精度的四路同步脉冲输出。在本文研究内容的基础上，开展基于嵌入式处理内核片上可编程系统实现数字同步技术的开发，采用统一的电气规范与接口标准，易于实现用于内爆核领域内的集中同步系统。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 同步技术现状
• 1.3 本论文的章节安排和研究内容
• 第二章 同步触发系统
• 2.1 研究背景
• 2.2 同步触发需求
• 2.2.1 激光装置驱动器同步需求
• 2.2.2 物理诊断同步需求
• 2.3 快同步机信号产生原理
• 2.3.1 使用雪崩晶体管
• 2.3.2 使用开关晶体管
• 2.3.3 使用晶体管的反向击穿特性
• 2.4 快同步机的不足
• 2.5 建立同步触发系统的技术途径
• 第三章 数字同步技术的片上可编程系统实现方法
• 3.1 定制界面
• 3.2 NIOS II处理器
• 3.2.1 功能模块
• 3.2.2 执行指令
• 3.2.3 异常处理
• 3.2.4 JTAG调试模式
• 3.3 片上存储
• 3.4 UART核
• 3.5 系统实现
• 3.6 技术难点
• 3.7 小结
• 第四章 通信接口及协议
• 4.1 接口选择
• 4.2 串口描述
• 4.2.1 端口定义及功能
• 4.2.2 连接模式
• 4.3 串口通信
• 4.3.1 程序实现
• 4.3.2 控制界面
• 4.4 小结
• 第五章 高频同步计数延时系统的研究
• 5.1 系统组成
• 5.2 计数器
• 5.3 功能验证与性能测试
• 5.3.1 时序优化
• 5.3.2 时序仿真与实测波形
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 发表文章
• 致谢