CN203180865U

CN203180865U - 脉冲宽度可调的延时发生电路

Info

Publication number: CN203180865U
Application number: CN 201320171645
Authority: CN
Inventors: 朱寅非; 吴云峰; 赵新才; 江桓; 李华栋; 瞿鑫
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2013-04-08
Filing date: 2013-04-08
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2023-04-08

Abstract

本实用新型涉及脉冲宽度可调的延时发生电路，包括有相连接主机和单片机，还具有顺序连接的输入电平转换电路、延时电路和脉宽调整电路，其中延时电路还与单片机连接，单片机的输出还与连接脉宽调整电路连接；其中延时电路中由第一可编程延时器输出后，一路信号输出连接至脉宽调整电路的第二可编程延时器，另一路信号通过第一非门连接至脉宽调整电路的第三可编程延时器，第二可编程延时器与第三可编程延时器同时输出连接到脉宽调整电路中的与非门后，经第二非门输出。本实用新型能够对脉冲宽度进行灵活调整，在超高速数字分幅相机中获得大范围的时间延迟，并且还可以精确调节脉冲宽度，实现了纳秒级时间间隔的图像拍摄以及纳秒级曝光时间。

Description

脉冲宽度可调的延时发生电路

技术领域

本实用新型涉及精密延时的电路结构，具体的讲是脉冲宽度可调的延时发生电路。

背景技术

伴随科技的进步与发展，高速相机被广泛应用于各行各业领域，尤其是在自然科学领域与军事领域的研究具有巨大的推动作用。例如美国标准与技术国家研究院采用超高速数字分幅相机完成了Nd:YAG选择薄膜的高速激光沉积实验。同样的在国内，中国工程物理研究院流体物理研究所也利用SpeedCam VISARIO数字相机***，成功地拍摄了子弹飞行的过程及******的全过程。因此对超高速数字分幅相机的研究与改进，必将推动科学技术的发展。

随着各行各业研究的深入，对更高速、性能更优异相机的需求也越来越大。传统的超高速相机主要包括转镜式高速相机、光学补偿式高速相机及间歇式高速相机。由于传统高速相机自身的设计局限性，导致其性能与新型的超高速数字分幅相机有较大差距，在动态范围、空间分辨率、时间分辨率等很多方面都不能与之匹敌，而且体积和重量也比较大，操作起来不够方便。

通常使用脉冲延时发生器作为超高速数字分幅相机的快门控制信号，由脉冲延时发生器构成的快门***作为超高速数字分幅相机的关键功能部分，其速度快慢取决于触发快门开关的脉冲宽度、脉冲与脉冲之间的间隔以及脉冲的幅度等指标。而现有的脉冲延时器存在延时不能灵活调整、脉冲宽度不可调以及精度不高稳定性不强等缺点。因此，提出一种设计脉冲源的思路，并且经过研究给出一种切实可行的方案，产生纳秒级脉冲与脉冲时间间隔及产生纳秒级脉冲宽度可调的脉冲信号是非常具有意义的。

实用新型内容

本实用新型提供了一种脉冲宽度可调的延时发生电路，用于在超高速数字分幅相机中获得大范围的时间延迟，又能精确调节脉冲宽度，实现纳秒级时间间隔的图像拍摄以及纳秒级曝光时间。

本实用新型脉冲宽度可调的延时发生电路，包括有相连接主机和单片机，还具有顺序连接的输入电平转换电路、延时电路和脉宽调整电路，其中延时电路还与单片机连接，单片机的输出还与连接脉宽调整电路连接；其中延时电路中由第一可编程延时器输出后，一路信号输出连接至脉宽调整电路的第二可编程延时器，另一路信号通过第一非门连接至脉宽调整电路的第三可编程延时器，第二可编程延时器与第三可编程延时器同时输出连接到脉宽调整电路中的与非门后，经第二非门输出。

相比目前至包括主机和单片机的延时发生电路，本实用新型增加了输入电平转换电路、延时电路和脉宽调整电路。输入的触发信号经过输入电平转换电路转成TTL电平（逻辑电平）后进入延时电路进行延时，然后由脉宽调整电路形成一定的脉冲宽度，延时的量由单片机控制，主机与单片机相连，将外部命令输入到单片机，同时将延时数据、脉冲宽度数据等输入到各个可编程延时器中。通过三片可编程延时器和逻辑门的配合使用，利用单片机配置两级延时线链，第一可编程延时器构成的第一级为总体延时，输出的延时信号分为两路延时，将其中一路经过反相器进行非运算，调节第二级两片延时器的延迟时间，即可精确调节获得的脉冲宽度。这样做的好处是可将延时器的性能最大发挥，既可以获得大范围的时间延迟，又能精确调节脉冲宽度。

优选的，脉宽调整电路输出后连接整形电路。整形电路能够规整脉宽调整电路的输出电平，将其转换成标准TTL电平输出。

进一步的，第一可编程延时器、第二可编程延时器和第三可编程延时器连接的***电路均包括电压退偶电路和供电电路。***电路可以根据普通电路的的常规方式进行设置，这在各种电路中是一种常规结构，在此不做详述。

进一步的，主机通过CAN（控制器局域网络）总线连接单片机。

进一步的，单片机通过SPI（同步串行外设接口）总线连接延时电路。

经测试，本实用新型的脉冲宽度可调的延时发生电路，能够对脉冲宽度进行灵活调整，在超高速数字分幅相机中获得大范围的时间延迟，并且还可以精确调节脉冲宽度，实现了纳秒级时间间隔的图像拍摄以及纳秒级曝光时间。

以下结合实施例的具体实施方式，对本实用新型的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本实用新型上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本实用新型的范围内。

附图说明

图1为本实用新型脉冲宽度可调的延时发生电路的框图。

图2为图1中延时电路和脉宽调整电路的连接示意图。

图3为图1延时电路和脉宽调整电路的时序分析图。

具体实施方式

如图1所示本实用新型的脉冲宽度可调的延时发生电路，包括有通过CAN（控制器局域网络）总线连接的主机和单片机，还具有顺序连接的输入电平转换电路、延时电路、脉宽调整电路和整形电路。其中延时电路通过SPI（同步串行外设接口）总线还与单片机连接，单片机的输出还与连接脉宽调整电路连接。输入的触发信号经过输入电平转换电路转成TTL电平（逻辑电平）后进入延时电路进行延时，然后由脉宽调整电路形成一定的脉冲宽度，延时的量由单片机控制。整形电路能够规整脉宽调整电路的输出电平，将其转换成标准TTL电平输出。

如图2所示，延时电路中由DS1021-25型的第一可编程延时器U2输出后，一路信号输出连接至脉宽调整电路的DS1021-25型第二可编程延时器U4，另一路信号通过第一非门U3A连接至脉宽调整电路的DS1021-25型第三可编程延时器U5，第二可编程延时器U4与DS1021-25型的第三可编程延时器U5同时输出连接到脉宽调整电路中的与非门U1B后，经第二非门U3B输出。DS1021-25是8位数字可编程延时器，采用高性能双极型工艺，专为高速数字和模拟电路设计，最小延时精度可达250ps（皮秒，即10^-12秒），正5V电源供电，满度延时范围是10ns（纳秒）～73.75ns。采用英飞凌的XC164CM单片机，通过三根SPI总线分别对三个DS1021-25可编程延时器进行串行控制。延时量由单片机写入可编程延时器的数据决定，通过改变写入可编程延时器的数据来实现延时量的改变，通过CAN总线与主机通信进行数据设定。第一可编程延时器U2、第二可编程延时器U4和第三可编程延时器U5连接的***电路均包括电压退偶电路和供电电路。***电路可以根据普通电路的的常规方式进行设置，这在各种电路中是一种常规结构，在此不做详述。

通过三片可编程延时器和逻辑门的配合使用，利用单片机配置两级延时线链，第一可编程延时器U2构成的第一级为总体延时，输出的延时信号分为两路延时，将其中一路经过反相器进行非运算，调节第二级两片延时器的延迟时间，即可精确调节获得的脉冲宽度。这样做的好处是可将延时器的性能最大发挥，既可以获得大范围的时间延迟，又能精确调节脉冲宽度。

具体的延时过程为：外部输入的触发信号由输入电平转换电路整形后输入延时电路的第一可编程延时器U2的1端口进行脉冲的时间延时。与非门U1B、第二可编程延时器U4以及第三可编程延时器U5组成脉宽调整电路，脉冲信号经过第一可编程延时器U2延时后的信号进入第二可编程延时器U4进行延时，同时通过型号为74ALS04的第一非门U3A反向后进入第三可编程延时器U5进行延时，从第二可编程延时器U4以及第三可编程延时器U5输出的信号进入与非门U1B经行与非运算，从与非门U1B输出的信号再由第二非门U3B反向后输出，通过这种方式可进行脉冲宽度的调整。

如图3所示，测试中，波形a为输入脉冲信号经过输入电平转换电路后的输出信号，tw1为输出的脉冲宽度。波形b为经过第一级延时后的输出脉冲，td1为延时时间。波形c为经过脉宽调整电路的第二可编程延时器U4后的输出脉冲,td2为延时时间。波形d为第一级延时输出后经过第一非门U3A反向后由第三可编程延时器U5进行延时，td3为延时时间。波形c与波形d输出的脉冲通过与非门U1B和第二非门U3B后进行与运算后输出脉冲波形e，波形e的脉冲宽度tw2即为td3－td2，这样通过调整td3与td2的延时时间即可调整输出脉冲的脉冲宽度，通过调整td2的延时时间即可调整输出脉冲的延时时间。

测试得知，本实用新型的脉冲宽度可调的延时发生电路，能够对脉冲宽度进行灵活调整，在超高速数字分幅相机中获得大范围的时间延迟，并且还可以精确调节脉冲宽度，实现了纳秒级时间间隔的图像拍摄以及纳秒级曝光时间。

Claims

1.脉冲宽度可调的延时发生电路，包括有相连接主机和单片机，其特征为：还具有顺序连接的输入电平转换电路、延时电路和脉宽调整电路，其中延时电路还与单片机连接，单片机的输出还与连接脉宽调整电路连接；其中延时电路中由第一可编程延时器（U2）输出后，一路信号输出连接至脉宽调整电路的第二可编程延时器（U4），另一路信号通过第一非门（U3A）连接至脉宽调整电路的第三可编程延时器（U5），第二可编程延时器（U4）与第三可编程延时器（U5）同时输出连接到脉宽调整电路中的与非门（U1B）后，经第二非门（U3B）输出。

2.如权利要求1所述的脉冲宽度可调的延时发生电路，其特征为：脉宽调整电路输出后连接整形电路。

3.如权利要求1或2所述的脉冲宽度可调的延时发生电路，其特征为：第一可编程延时器（U2）、第二可编程延时器（U4）和第三可编程延时器（U5）连接的***电路均包括电压退偶电路和供电电路。

4.如权利要求1或2所述的脉冲宽度可调的延时发生电路，其特征为：主机通过CAN总线连接单片机。

5.如权利要求1或2所述的脉冲宽度可调的延时发生电路，其特征为：单片机通过SPI总线连接延时电路。