一种基于ZYNQ7020的光束线扫描同步控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了光束线站领域的一种基于ZYNQ7020的光束线扫描同步控制装置，包括包括ZYNQ芯片、至少一个编码器控制单元、至少一个脉冲IO单元、设备监控单元，所述ZYNQ芯片的PL端与PS端通过AXI总线互连，ZYNQ芯片的PS端连接上位机，PL端包括有编码器控制模块、脉冲产生模块、接口配置模块以及设备监控模块，所述编码器控制模块与脉冲产生模块均连接有所述接口配置模块，所述编码器控制单元与编码器控制模块连接，脉冲IO单元与脉冲发生模块连接，设备监控单元与设备监控模块连接。本实用新型专利技术极大地提高了技术人员调试与测试效率，还可提高同步脉冲产生的时间精度和效率。可提高同步脉冲产生的时间精度和效率。可提高同步脉冲产生的时间精度和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于ZYNQ7020的光束线扫描同步控制装置


[0001]本技术涉及光束线站领域，具体是一种基于ZYNQ7020的光束线扫描同步控制装置。

技术介绍

[0002]在同步辐射光束线站控制领域，尤其是在扫描实验数据采集应用中，扫描执行装置和数据采集装置的同步性能是关系到扫描数据质量和实验效率的关键因素之一。传统实验光束线站扫描同步控制普遍采用软件处理模式，由于存在大量的死区时间，导致出现扫描时间过长、扫描效率低、同步精度差的问题。
[0003]采用硬件进行同步控制的技术可以有效提高同步时间精度，现有技术[1]采用Zynq芯片发送指令给低速FPGA芯片控制外部电路的方式，由于存在Zynq芯片和低速FPGA芯片之间的通讯和同步，调试难度大，设备成本高，在小型扫描实验中应用受到限制。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于提供一种基于ZYNQ7020的光束线扫描同步控制装置，采用单片Zynq实现常见的编码器编码格式(SSI编码、BISS编码、增量编码等)以及编码器信号的直接输入输出，同时具备实时采集位置数据功能，并根据上位机控制的参数产生同步脉冲，以用于实现运动机构和实验数据采集机构之间的快速同步，适用于光束线站的快速步扫、飞扫实验等场合。
[0005]为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
[0006]一种基于ZYNQ7020的光束线扫描同步控制装置，包括ZYNQ芯片、至少一个编码器控制单元、至少一个脉冲IO单元、设备监控单元，所述ZYNQ芯片的PL端与PS端通过AXI总线互连，ZYNQ芯片的PS端连接上位机，PL端包括有编码器控制模块、脉冲产生模块、接口配置模块以及设备监控模块，所述编码器控制模块与脉冲产生模块均连接有所述接口配置模块，所述编码器控制单元与编码器控制模块连接，脉冲IO单元与脉冲发生模块连接，设备监控单元与设备监控模块连接。
[0007]进一步的，所述ZYNQ芯片的型号为XC7Z020。
[0008]进一步的，所述脉冲IO单元包括信号转换配置模块、输入转换模块以及输出转换模块；所述信号转换配置模块用于根据ZYNQ芯片发送的方向信号将TTL信号配置为输入或输出；所述输入转换模块用于在信号转换配置模块将TTL信号电平配置为输入时，将外部输入的脉冲进行电平转换后发送到所述ZYNQ芯片的PL端；所述输出转换模块用于在信号转换配置模块将TTL信号电平配置为输出时，接收ZYNQ芯片的PL端发送的脉冲信号，进行电平转换后对外输出脉冲。
[0009]进一步的，所述信号转换配置模块的芯片型号为SN74LVC16T245PW，输入转换模块的芯片型号为FIN1028MX，输出转换模块的芯片型号为FIN1028MX。
[0010]进一步的，所述编码器控制单元包括输入控制模块与输出控制模块，所述输入控
制模块、输出控制模块分别与ZYNQ芯片的PL端连接并接收ZYPQ芯片发送的控制信号，所述输入控制模块用于根据控制信号将外部输入的差分编码信号转换为单端信号并输出到ZYNQ芯片，所述输出控制模块用于接收ZYNQ芯片的单端信号并转换为编码信号输出到外部。
[0011]进一步的，所述编码器控制单元、脉冲IO单元、设备监控单元及ZYNQ芯片均通过供电单元供电，所述供电单元包括第一DC/DC模块、第二DC/DC模块、第三DC/DC模块、第四DC/DC模块以及LDO模块，所述第一DC/DC模块的输入端与外部直流电源端连接，输出端输出第二电压输出信号；所述第二DC/DC模块的输入端与第二电压输出信号连接，输出端输出第三电压输出信号；所述LDO模块的输入端与所述第三电压输出信号连接，输出端输出第四电压输出信号；所述第三DC/DC模块的输入端与第二电压输出信号连接，输出端输出第五电压输出信号；所述第四DC/DC模块的输入端与第二电压输出信号连接，输出端输出第六电压输出信号。
[0012]进一步的，所述第一DC/DC模块的芯片配置为LMT4613，第二DC/DC模块的芯片配置为TPS62135，第三、第四DC/DC模块的芯片配置为MP2145；LDO模块的芯片配置为AMS1117
‑
1.8。
[0013]有益效果：本专利技术ZYNQ芯片的PS端实现跟上位机进行通讯，并根据上位机地配置信息实时对PL端中各模块地参数配置，同时采集位置数及状态监控数据进行打包、存储、传输，ZYNQ芯片的PL端具有扩展性强，逻辑实现效率高，实时性强的特点，通过把模块进行参数化配置，当需要对编码器接口、输入输出接口、脉冲产生逻辑进行改动的时候，只需要通过上位机发送对应的指令给ZYNQ的PS端即可，这极大地提高了技术人员调试与测试效率。此外由于采用硬件直接对编码器进行解码的方式实现了位置数据的实时采集，可极大提高同步脉冲产生的时间精度和效率。
附图说明
[0014]图1为本技术的整体框图；
[0015]图2为本技术ZYNQ芯片的连接框图；
[0016]图3为本技术ZYNQ芯片与编码器控制单元的连接框图；
[0017]图4为本技术ZYNQ芯片与脉冲IO单元的连接框图；
[0018]图5为本技术供电单元的原理框图；
[0019]图6为本技术工作的流程图。
具体实施方式
[0020]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0021]参见图1
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2，一种基于ZYNQ7020的光束线扫描同步控制装置，包括ZYNQ芯片、至少一个编码器控制单元、至少一个脉冲IO单元、设备监控单元。其中，ZYNQ芯片型号为XC7Z020
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2CLG400，外接主要元器件为DDR3、QSPI
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flash、USB串口、SD卡、以太网PHY。ZYNQ芯
片包含PS端和PL端，PS端和PL端之间通过AXI总线互连；PL端与编码器控制单元、脉冲IO单元、设备监控单元通过电信号互联，提供基本输入输出控制；PS端网络接收外部的上位机发送的脉冲同步控制参数和数据采集要求，将位置数据上传上位机。
[0022]如图3所示，编码器控制单元包括输入控制模块与输出控制模块，输入控制模块用于接收外部位置编码器的信号，根据不同的跳线设置识别输入编码器的类型进行外部端口的配置，接收外部端口的编码波形信号进行电平转换后输出至ZYNQ芯片的PL端；输出控制模块用于根据跳线设置识别输出编码协议配置外部输出端口，接收ZYNQ芯片的PL端输出的波形数据进行电平转换后输出至外部端口。
[0023]具体地，输入控制模块包括74HC153D芯片以及多个SN75LBC175A芯片，输出控制模块包括74HC153D芯片以及多个MAX34本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于ZYNQ7020的光束线扫描同步控制装置，其特征在于，包括ZYNQ芯片、至少一个编码器控制单元、至少一个脉冲IO单元、设备监控单元，所述ZYNQ芯片的PL端与PS端通过AXI总线互连，ZYNQ芯片的PS端连接上位机，PL端包括有编码器控制模块、脉冲产生模块、接口配置模块以及设备监控模块，所述编码器控制模块与脉冲产生模块均连接有所述接口配置模块，所述编码器控制单元与编码器控制模块连接，脉冲IO单元与脉冲发生模块连接，设备监控单元与设备监控模块连接。2.根据权利要求1所述的一种基于ZYNQ7020的光束线扫描同步控制装置，其特征在于，所述ZYNQ芯片的型号为XC7Z020。3.根据权利要求1或2所述的一种基于ZYNQ7020的光束线扫描同步控制装置，其特征在于，所述脉冲IO单元包括信号转换配置模块、输入转换模块以及输出转换模块；所述信号转换配置模块用于根据ZYNQ芯片发送的方向信号将TTL信号配置为输入或输出；所述输入转换模块用于在信号转换配置模块将TTL信号电平配置为输入时，将外部输入的脉冲进行电平转换后发送到所述ZYNQ芯片的PL端；所述输出转换模块用于在信号转换配置模块将TTL信号电平配置为输出时，接收ZYNQ芯片的PL端发送的脉冲信号，进行电平转换后对外输出脉冲。4.根据权利要求3所述的一种基于ZYNQ7020的光束线扫描同步控制装置，其特征在于，所述信号转换配置模块的芯片型号为SN74LVC16T245PW，输入转换模块的芯片型号为FIN1028MX，输出转换模块的芯片型号为FIN1028MX。5.根据权利要求1所述的一种基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈留国，张天哲，刘功发，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：新型
国别省市：