專利名稱：可編程脈沖發生裝置及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種可編程脈沖發生技術，具體地說是一種具有邏輯控制和數 據處理功能的可編程脈沖發生裝置及其控制方法。
技術背景目前用于脈沖電源、信號發生器及生物醫療設備中的脈沖發生電路多釆用 分立的模擬器件和分立的數字電路器件來實現。但此方法產生的脈沖穩定性和 一致性差，電子電路復雜，人為調試的隨機誤差和系統誤差大，而且改變脈沖 輸出時必須修改電子電路。國內外的脈沖發生電路很少釆用可編程器件，有的 即使采用可編程器件，但僅僅是針對具體的應用，程序擴展性差，應用范圍窄。 發明內容為了克服上述不足，本發明要解決的技術問題是提供一種可編程、穩定性 高、保密性強，成本低，具有調試方便，裝有邏輯控制和數據處理程序的裝置 及其控制方法。為了解決上述問題，本發明釆用的技術方案是本發明裝置包括可編程控制裝置，用于運行邏輯控制和數據處理程序；時 鐘信號發生電路，與可編程控制裝置的時鐘信號輸入端相連，用于產生時鐘信 號；周期信號發生電路，與可編程控制裝置周期信號輸入端相連，用于產生頻 率脈寬可調的周期信號，可編程控制裝置的輸出信號為脈沖t^輸出信號。所述可編程控制裝置為CPLD、 FPGA或PLC。本發明方法包括以下步驟首先對可編程脈沖發生裝置產生的時鐘信號和頻率脈寬可調的周期信號進 行定義；設置計數進程和計數判斷進程；由時鐘信號及周期信號啟動計數進程， 由周期信號和計數進程產生的計數信號啟動計數判斷進程；對時鐘信號和周期 信號)進行處理；由可編程控制裝置結果輸出模塊輸出結果。所述信號定義包括定義時鐘信號及周期信號為可編程控制裝置的輸入信 號，可編程控制裝置的輸出信號為脈沖波形輸出信號；定義作為中間變量的最 大值為N的計數信號和邏輯輸出信號；所述計數進程包括如下處理步驟啟動 該進程后，首先檢測方波時鐘信號是否是上升沿且為高電平，如果是，則檢測 計數信號是否小于N且周期信號是否為高電平，如果是，則計數信號開始計數; N為中間變量計數信號的最大值;如果檢測時鐘信號是否為上升沿且為高電平的 結果為否，則結東本次進程，待到再次有觸發信號時啟動計數進程；所述計數 判斷進程包括如下處理步驟啟動后首先判斷周期信號是否為高電平，如上述 判斷結果為是，繼續判斷計數信號是否小于m，如果小于m,則邏輯輸出信號 輸出高電平；如果上述判斷結果為不小于ni，則繼續判斷計數信號；是否介于 m和ri2之間，如果是，則邏輯輸出信號輸出與上一狀態相反的狀態，否則結東 本次進程；其中0〈n一ri2〈N， N為中間變量計數信號的最大值；如果判斷 周期信號不為高電平，則計數判斷進程結束；所述結果輸出為由邏輯輸出信號 和周期信號經過"與"邏輯運算后的脈沖波形輸出信號。 本發明具有以下有益效果及優點1. 擴展性強。本發明在時鐘信號和頻率脈寬可調的周期信號輸入相同的情 況下，修改程序中的參數便可得到不同的輸出信號波形，因此可以在不改變微 膠囊制備儀控制電路的情況下，改變高壓輸出波形，制備不同粒徑的微膠囊， 提高了本發明的可擴展性；2. 系統誤差小。本發明可編程脈沖發生裝置產生的脈沖波形完全按照程序 指令執行，隨時間漂移小，減少了人為調試硬件的誤差，輸出脈沖的系統誤差3. 本發明可編程脈沖發生裝置可以使儀器的輸出波形更規則；4. 應用范圍廣。可編程脈沖發生裝置可以通過修改程序中的參數任意改變 輸出脈沖的類型，脈沖寬度，每組脈沖的脈沖個數，每亳秒脈沖組數及脈沖組 之間的時間間隔，可以滿足不同應用的需要。
圖i為本發明結構框圖；圖2為本發明程序總體流程圖；圖3為本發明計數進程程序流程圖；圖4為本發明計數判斷進程程序流程圖；圖5為本發明應用于微膠囊制備儀控制電路圖；圖6為本發明實施例1脈沖波形放大圖；圖7為本發明實施例1輸出高壓脈沖波形示意圖；圖8為本發明實施例1制備的ACA微膠囊；圖9為本發明實施例2脈沖波形放大圖；圖IO為本發明實施例2輸出高壓脈沖波形示意圖；圖11為本發明實施例2制備的ACA微膠囊。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。 實施例1如圖1所示，本發明包括可編程控制裝置，用于運行邏輯控制程序和數 據處理程序；時鐘信號發生電路，與可編程控制裝置的時鐘信號clk輸入端相連， 用于產生方波時鐘信號clk;周期信號發生電路，與可編程控制裝置的輸入端相 連，用于產生頻率脈寬可調的周期信號ctrl,可編程控制裝置的輸出信號為脈沖 波形輸出信號qout。所述可編程控制裝置為可編程器件CPLD、 FPGA或PLC,本 實施例釆用CPLD。如圖2所示，邏輯控制和數據處理程序可由數字電路圖或硬件描述語言開 發；輸入信號必須為頻率脈寬可調的周期信號ctri和一定頻率的時鐘信號clk。
邏輯控制和數據處理程序由信號定義、計數進程、計數判斷進程和結果輸 出組成。邏輯控制和數據處理程序釆用基于計數器的程序框架，雙進程同步執 行，雙進程分別為計數進程和計數判斷進程，在計數進程計數的同時，計數判 斷進程同步執行，確保結果輸出狀態的實時轉換，步驟如下首先對可編程脈沖發生裝置產生的時鐘信號Clk和頻率脈寬可調的周期信號ctrl進行定義；設置計數進程和計數判斷進程；由時鐘信號clk及周期信號ctrl啟動計數進程，由周期信號Ctrl和計數信號 cnt啟動計數判斷進程；對時鐘信號elk和頻率脈寬可調的周期信號ctrl進行處理； 由可編程控制裝置結果輸出模塊輸出結果。所述信號定義包括定義時鐘信號clk及周期信號ctrl為可編程控制裝置的 輸入信號，可編程控制裝置的輸出信號為脈沖^^輸出信號qout;在程序中還 需定義作為中間變量的最大值為N的整形計數信號cnt和邏輯輸出信號state。如圖3所示，所述計數進程包括如下處理步驟由方波時鐘信號clk及周期 信號ctrl觸發啟動計數進程后，首先檢測方波時鐘信號clk是否是上升沿且為高 電平，如果是，則檢測計數信號cnt是否小于N且周期信號ctrl是否為高電平， 如果是，則計數信號cnt開始計數；N為中間變量計數信號cnt的最大值。如果 檢測時鐘信號clk是否為上升沿且為高電平的結果位否，則結束本次進程，待到 再次有觸發信號時啟動計數進程。計數進程就是在時鐘信號clk上升沿時計數。在計數進程程序之前首先定義 一個整形的計數信號cnt的最大值為N。當觸發信號變化啟動計數且滿足計數條 件時，計數信號cnt從O計數到N。如果計數進程的觸發信號沒有停止變化，則 計數信號cnt反復地從0計數到N。當計數進程啟動但不滿足計數條件時，計數 信號cnt輸出一直為0。如圖4所示，所述計數判斷進程包括如下處理步驟由周期信號ctrl和計數 信號cnt觸發計數判斷進程啟動后，首先判斷周期信號ctrl是否為高電平，如上 述判斷結果為是，繼續判斷計數信號cnt是否小于m,如果小于m則邏輯輸出信 號state輸出高電平；如果上述判斷結果為不小于ni,則繼續判斷計數信號cnt 是否介于n！和112之間，如果是則邏輯輸出信號state輸出與上一狀態相反的狀態， 否則結東本次進程;其中0< n一 n2〈N,N為中間變量計數信號cnt的最大值; 如果判斷周期信號ctrl不為高電平，則計數判斷進程結東。依此方法對cnt大小 進行判斷，實現state狀態的轉換。結果輸出就是在計數進程和計數判斷進程結東后，qout輸出什么狀態。qout 的輸出由計數進程和計數判斷進程決定。兩進程結束后把state信號和ctrl信號 進行"與"邏輯算后由脈沖^^輸出信號qout輸出。如圖5所示，把可編程脈沖發生裝置應用于微膠囊制備儀控制電路中，圖 中虛線部分為可編程脈沖發生裝置。由周期信號發生電路產生頻率可變、脈寬
可變的周期信號Ctrl,由時鐘信號發生電路產生時鐘信號clk。經可編程控制裝 置處理后，輸出驅動電子開關K的脈沖^^輸出信號qout,從而在升壓變壓器 T的次級產生高壓擬似方波，用于微膠囊制備。相同輸入下，修改程序可得到不 同的脈沖波形輸出信號qout的波形，因此可以在不改變微膠囊制備儀控制電路 的情況下，改變高壓輸出波形，用于制備不同粒徑的微膠囊。把可編程脈沖發生裝置應用于微膠囊制備儀控制電路中，可編程脈沖發生 裝置的輸入信號參數如下時鐘信號elk為1MHz,周期信號ctrl脈寬為6 ms。邏輯控制和數據處理程序參數如下N =300,即0<cnt<300, n產10, n2=20, n3=30， n4=40，其中0<nl<n2<n3<n4<N,經程序處理后，脈沖波形輸出信號qout 的輸出^^如圖6所示。脈沖波形輸出信號qout驅動微膠囊制備儀高壓模塊產 生如圖7所示的擬似方波高壓脈沖，利用該高壓脈沖制得的ACA微膠囊(海藻 酸鈉-可聚糖-海藻酸鈉微膠囊)如圖8所示，該微膠囊的平均粒徑為300nm, 球形度好，分散性可以達到20%，碎片含量少，僅占總量8%，基本達到細胞移 植的要求。實施例2與實施例1的不同之處在于把可編程脈沖發生裝置應用于微膠囊制備儀 控制電路中，可編程控制裝置的輸入信號參數如下時鐘信號clk為1MHz,周 期信號ctrl脈寬為4ms。邏輯控制和數據處理程序參數如下N- 1000，即0<cnt<1000, =10，n2=20， 經程序處理后，qout輸出t^如圖9所示。脈沖^^輸出信號qout驅動脈沖微 膠囊制備儀高壓模塊產生如圖10所示擬似方波高壓脈沖，禾擁該高壓脈沖制得 如圖11所示的ACA微膠囊。該微膠囊的平均粒徑為400nm,球形度好，分散 性可以達到10%,基本沒有碎片，完全達到細胞移植的要求。
權利要求
1. 一種可編程脈沖發生裝置，其特征在于包括可編程控制裝置，用于運行邏輯控制和數據處理程序；時鐘信號發生電路，與可編程控制裝置的時鐘信號輸入端相連，用于產生時鐘信號(clk)；周期信號發生電路，與可編程控制裝置周期信號輸入端相連，用于產生頻率脈寬可調的周期信號(ctrl)，可編程控制裝置的輸出信號為脈沖波形輸出信號(qout)。
2. 根據權利要求1所述的可編程脈沖發生裝置，其特征在于所述可編程控 制裝置為CPLD、 FPGA或PLC。
3. —種可編程脈沖發生裝置的控制方法，其特征在于包括以下步驟 首先對可編程脈沖發生裝置產生的時鐘信號(elk)和頻率脈寬可調的周期信號(ctrl)進行定義；設置計數進程和計數判斷進程；由時鐘信號(elk)及周期信號(Ctrl)啟動計數進程，由周期信號(Ctrl)和 計數進程產生的計數信號(cnt)啟動計數判斷進程； 對時鐘信號(elk)和周期信號(Ctrl)進行處理； 由可編程控制裝置結果輸出模塊輸出結果。
4. 根據權利要求3所述的可編程脈沖發生裝置的控制方法，其特征在于 所述信號定義包括定義時鐘信號(elk)及周期信號(Ctrl)為可編程控制裝置 的輸入信號，可編程控制裝置的輸出信號為脈沖波形輸出信號(qout);定義作 為中間變量的最大值為N的計數信號(cnt)和邏輯輸出信號(state)。
5. 根據權利要求3所述的可編程脈沖發生裝置的控制方法，其特征在于 所述計數進程包括如下處理步驟啟動該進程后，首先檢測方波時鐘信號(dk) 是否是上升沿且為高電平，如果是，則檢測計數信號(cnt)是否小于N且周期 信號(Ctrl)是否為高電平，如果是，則計數信號(cnt)開始計數；N為中間變 量計數信號的最大值。
6. 根據權利要求5所述的可編程脈沖發生裝置的控制方法，其特征在于 如果檢測時鐘信號(elk)是否為上升沿且為高電平的結果為否，則結東本次進 程，待到再次有觸發信號時啟動計數進程。
7. 根據權利要求3或4所述的可編程脈沖發生裝置的控制方法，其特征在 于所述計數判斷進程包括如下處理步驟啟動后首先判斷周期信號(ctrl)是 否為高電平，如上述判斷結果為是，繼續判斷計數信號(cnt)是否小于ni，如 果小于m,則邏輯輸出信號(state)輸出高電平。
8. 根據權利要求7所述的可編程脈沖發生裝置的控制方法，其特征在于 如果上述判斷結果為不小于m,則繼續判斷計數信號(cnt)是否介于m和ri2之 間，如果是，則邏輯輸出信號(state)輸出與上一狀態相反的狀態，否則結束本 次進程；其中0〈n!〈ri2〈N, N為中間變量計數信號(cnt)的最大值。
9. 根據權利要求7所述的可編程脈沖發生裝置的控制方法，其特征在于 如果判斷周期信號(Ctrl)不為高電平，則計數判斷進程結束。
10. 根據權利要求3所述的可編程脈沖發生裝置的控制方法，其特征在于 所述結果輸出為由邏輯輸出信號(state)和周期信號(ctrl)經過"與"邏輯運 算后的脈沖^i^輸出信號(qout)。
全文摘要
本發明涉及一種可編程脈沖發生裝置及其控制方法，包括可編程控制裝置，用于運行邏輯控制和數據處理程序；時鐘信號發生電路，與可編程控制裝置的時鐘信號輸入端相連，用于產生時鐘信號；周期信號發生電路，與可編程控制裝置周期信號輸入端相連，用于產生周期信號，可編程控制裝置輸出脈沖波形輸出信號。該方法包括對可編程脈沖發生裝置產生的時鐘信號和周期信號進行定義；設置計數進程和計數判斷進程；由時鐘信號及周期信號啟動計數進程，由周期信號和計數進程產生的計數信號啟動計數判斷進程；對時鐘信號和周期信號進行處理；由可編程控制裝置結果輸出模塊輸出結果。本發明通過改變高壓輸出波形制備不同粒徑的微膠囊，系統誤差小，可擴展性強。
文檔編號H03K5/153GK101399531SQ200710012979
公開日2009年4月1日 申請日期2007年9月28日 優先權日2007年9月28日
發明者偉 吳, 張家明, 靜 朱, 王樂群, 謝威楊, 馬小軍 申請人:中國科學院大連化學物理研究所