專利名稱：可編程脈沖發(fā)生裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可編程脈沖發(fā)生技術(shù)，具體地說(shuō)是一種具有邏輯控制和數(shù) 據(jù)處理功能的可編程脈沖發(fā)生裝置及其控制方法。
技術(shù)背景目前用于脈沖電源、信號(hào)發(fā)生器及生物醫(yī)療設(shè)備中的脈沖發(fā)生電路多釆用 分立的模擬器件和分立的數(shù)字電路器件來(lái)實(shí)現(xiàn)。但此方法產(chǎn)生的脈沖穩(wěn)定性和 一致性差，電子電路復(fù)雜，人為調(diào)試的隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差大，而且改變脈沖 輸出時(shí)必須修改電子電路。國(guó)內(nèi)外的脈沖發(fā)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(duì)具體的應(yīng)用，程序擴(kuò)展性差，應(yīng)用范圍窄。 發(fā)明內(nèi)容為了克服上述不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可編程、穩(wěn)定性 高、保密性強(qiáng)，成本低，具有調(diào)試方便，裝有邏輯控制和數(shù)據(jù)處理程序的裝置 及其控制方法。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明釆用的技術(shù)方案是本發(fā)明裝置包括可編程控制裝置，用于運(yùn)行邏輯控制和數(shù)據(jù)處理程序；時(shí) 鐘信號(hào)發(fā)生電路，與可編程控制裝置的時(shí)鐘信號(hào)輸入端相連，用于產(chǎn)生時(shí)鐘信 號(hào)；周期信號(hào)發(fā)生電路，與可編程控制裝置周期信號(hào)輸入端相連，用于產(chǎn)生頻 率脈寬可調(diào)的周期信號(hào)，可編程控制裝置的輸出信號(hào)為脈沖t^輸出信號(hào)。所述可編程控制裝置為CPLD、 FPGA或PLC。本發(fā)明方法包括以下步驟首先對(duì)可編程脈沖發(fā)生裝置產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)和頻率脈寬可調(diào)的周期信號(hào)進(jìn) 行定義；設(shè)置計(jì)數(shù)進(jìn)程和計(jì)數(shù)判斷進(jìn)程；由時(shí)鐘信號(hào)及周期信號(hào)啟動(dòng)計(jì)數(shù)進(jìn)程， 由周期信號(hào)和計(jì)數(shù)進(jìn)程產(chǎn)生的計(jì)數(shù)信號(hào)啟動(dòng)計(jì)數(shù)判斷進(jìn)程；對(duì)時(shí)鐘信號(hào)和周期 信號(hào))進(jìn)行處理；由可編程控制裝置結(jié)果輸出模塊輸出結(jié)果。所述信號(hào)定義包括定義時(shí)鐘信號(hào)及周期信號(hào)為可編程控制裝置的輸入信 號(hào)，可編程控制裝置的輸出信號(hào)為脈沖波形輸出信號(hào)；定義作為中間變量的最 大值為N的計(jì)數(shù)信號(hào)和邏輯輸出信號(hào)；所述計(jì)數(shù)進(jìn)程包括如下處理步驟啟動(dòng) 該進(jìn)程后，首先檢測(cè)方波時(shí)鐘信號(hào)是否是上升沿且為高電平，如果是，則檢測(cè) 計(jì)數(shù)信號(hào)是否小于N且周期信號(hào)是否為高電平，如果是，則計(jì)數(shù)信號(hào)開始計(jì)數(shù); N為中間變量計(jì)數(shù)信號(hào)的最大值;如果檢測(cè)時(shí)鐘信號(hào)是否為上升沿且為高電平的 結(jié)果為否，則結(jié)東本次進(jìn)程，待到再次有觸發(fā)信號(hào)時(shí)啟動(dòng)計(jì)數(shù)進(jìn)程；所述計(jì)數(shù) 判斷進(jìn)程包括如下處理步驟啟動(dòng)后首先判斷周期信號(hào)是否為高電平，如上述 判斷結(jié)果為是，繼續(xù)判斷計(jì)數(shù)信號(hào)是否小于m，如果小于m,則邏輯輸出信號(hào) 輸出高電平；如果上述判斷結(jié)果為不小于ni，則繼續(xù)判斷計(jì)數(shù)信號(hào)；是否介于 m和ri2之間，如果是，則邏輯輸出信號(hào)輸出與上一狀態(tài)相反的狀態(tài)，否則結(jié)東 本次進(jìn)程；其中0〈n一ri2〈N， N為中間變量計(jì)數(shù)信號(hào)的最大值；如果判斷 周期信號(hào)不為高電平，則計(jì)數(shù)判斷進(jìn)程結(jié)束；所述結(jié)果輸出為由邏輯輸出信號(hào) 和周期信號(hào)經(jīng)過(guò)"與"邏輯運(yùn)算后的脈沖波形輸出信號(hào)。 本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)1. 擴(kuò)展性強(qiáng)。本發(fā)明在時(shí)鐘信號(hào)和頻率脈寬可調(diào)的周期信號(hào)輸入相同的情 況下，修改程序中的參數(shù)便可得到不同的輸出信號(hào)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(fā)明的可擴(kuò)展性；2. 系統(tǒng)誤差小。本發(fā)明可編程脈沖發(fā)生裝置產(chǎn)生的脈沖波形完全按照程序 指令執(zhí)行，隨時(shí)間漂移小，減少了人為調(diào)試硬件的誤差，輸出脈沖的系統(tǒng)誤差3. 本發(fā)明可編程脈沖發(fā)生裝置可以使儀器的輸出波形更規(guī)則；4. 應(yīng)用范圍廣。可編程脈沖發(fā)生裝置可以通過(guò)修改程序中的參數(shù)任意改變 輸出脈沖的類型，脈沖寬度，每組脈沖的脈沖個(gè)數(shù)，每亳秒脈沖組數(shù)及脈沖組 之間的時(shí)間間隔，可以滿足不同應(yīng)用的需要。


圖i為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明程序總體流程圖；圖3為本發(fā)明計(jì)數(shù)進(jìn)程程序流程圖；圖4為本發(fā)明計(jì)數(shù)判斷進(jìn)程程序流程圖；圖5為本發(fā)明應(yīng)用于微膠囊制備儀控制電路圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例1脈沖波形放大圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例1輸出高壓脈沖波形示意圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例1制備的ACA微膠囊；圖9為本發(fā)明實(shí)施例2脈沖波形放大圖；圖IO為本發(fā)明實(shí)施例2輸出高壓脈沖波形示意圖；圖11為本發(fā)明實(shí)施例2制備的ACA微膠囊。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 實(shí)施例1如圖1所示，本發(fā)明包括可編程控制裝置，用于運(yùn)行邏輯控制程序和數(shù) 據(jù)處理程序；時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路，與可編程控制裝置的時(shí)鐘信號(hào)clk輸入端相連， 用于產(chǎn)生方波時(shí)鐘信號(hào)clk;周期信號(hào)發(fā)生電路，與可編程控制裝置的輸入端相 連，用于產(chǎn)生頻率脈寬可調(diào)的周期信號(hào)ctrl,可編程控制裝置的輸出信號(hào)為脈沖 波形輸出信號(hào)qout。所述可編程控制裝置為可編程器件CPLD、 FPGA或PLC,本 實(shí)施例釆用CPLD。如圖2所示，邏輯控制和數(shù)據(jù)處理程序可由數(shù)字電路圖或硬件描述語(yǔ)言開 發(fā)；輸入信號(hào)必須為頻率脈寬可調(diào)的周期信號(hào)ctri和一定頻率的時(shí)鐘信號(hào)clk。
邏輯控制和數(shù)據(jù)處理程序由信號(hào)定義、計(jì)數(shù)進(jìn)程、計(jì)數(shù)判斷進(jìn)程和結(jié)果輸 出組成。邏輯控制和數(shù)據(jù)處理程序釆用基于計(jì)數(shù)器的程序框架，雙進(jìn)程同步執(zhí) 行，雙進(jìn)程分別為計(jì)數(shù)進(jìn)程和計(jì)數(shù)判斷進(jìn)程，在計(jì)數(shù)進(jìn)程計(jì)數(shù)的同時(shí)，計(jì)數(shù)判 斷進(jìn)程同步執(zhí)行，確保結(jié)果輸出狀態(tài)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換，步驟如下首先對(duì)可編程脈沖發(fā)生裝置產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)Clk和頻率脈寬可調(diào)的周期信號(hào)ctrl進(jìn)行定義；設(shè)置計(jì)數(shù)進(jìn)程和計(jì)數(shù)判斷進(jìn)程；由時(shí)鐘信號(hào)clk及周期信號(hào)ctrl啟動(dòng)計(jì)數(shù)進(jìn)程，由周期信號(hào)Ctrl和計(jì)數(shù)信號(hào) cnt啟動(dòng)計(jì)數(shù)判斷進(jìn)程；對(duì)時(shí)鐘信號(hào)elk和頻率脈寬可調(diào)的周期信號(hào)ctrl進(jìn)行處理； 由可編程控制裝置結(jié)果輸出模塊輸出結(jié)果。所述信號(hào)定義包括定義時(shí)鐘信號(hào)clk及周期信號(hào)ctrl為可編程控制裝置的 輸入信號(hào)，可編程控制裝置的輸出信號(hào)為脈沖^^輸出信號(hào)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(jì)數(shù)信號(hào)cnt和邏輯輸出信號(hào)state。如圖3所示，所述計(jì)數(shù)進(jìn)程包括如下處理步驟由方波時(shí)鐘信號(hào)clk及周期 信號(hào)ctrl觸發(fā)啟動(dòng)計(jì)數(shù)進(jìn)程后，首先檢測(cè)方波時(shí)鐘信號(hào)clk是否是上升沿且為高 電平，如果是，則檢測(cè)計(jì)數(shù)信號(hào)cnt是否小于N且周期信號(hào)ctrl是否為高電平， 如果是，則計(jì)數(shù)信號(hào)cnt開始計(jì)數(shù)；N為中間變量計(jì)數(shù)信號(hào)cnt的最大值。如果 檢測(cè)時(shí)鐘信號(hào)clk是否為上升沿且為高電平的結(jié)果位否，則結(jié)束本次進(jìn)程，待到 再次有觸發(fā)信號(hào)時(shí)啟動(dòng)計(jì)數(shù)進(jìn)程。計(jì)數(shù)進(jìn)程就是在時(shí)鐘信號(hào)clk上升沿時(shí)計(jì)數(shù)。在計(jì)數(shù)進(jìn)程程序之前首先定義 一個(gè)整形的計(jì)數(shù)信號(hào)cnt的最大值為N。當(dāng)觸發(fā)信號(hào)變化啟動(dòng)計(jì)數(shù)且滿足計(jì)數(shù)條 件時(shí)，計(jì)數(shù)信號(hào)cnt從O計(jì)數(shù)到N。如果計(jì)數(shù)進(jìn)程的觸發(fā)信號(hào)沒有停止變化，則 計(jì)數(shù)信號(hào)cnt反復(fù)地從0計(jì)數(shù)到N。當(dāng)計(jì)數(shù)進(jìn)程啟動(dòng)但不滿足計(jì)數(shù)條件時(shí)，計(jì)數(shù) 信號(hào)cnt輸出一直為0。如圖4所示，所述計(jì)數(shù)判斷進(jìn)程包括如下處理步驟由周期信號(hào)ctrl和計(jì)數(shù) 信號(hào)cnt觸發(fā)計(jì)數(shù)判斷進(jìn)程啟動(dòng)后，首先判斷周期信號(hào)ctrl是否為高電平，如上 述判斷結(jié)果為是，繼續(xù)判斷計(jì)數(shù)信號(hào)cnt是否小于m,如果小于m則邏輯輸出信 號(hào)state輸出高電平；如果上述判斷結(jié)果為不小于ni,則繼續(xù)判斷計(jì)數(shù)信號(hào)cnt 是否介于n！和112之間，如果是則邏輯輸出信號(hào)state輸出與上一狀態(tài)相反的狀態(tài)， 否則結(jié)東本次進(jìn)程;其中0< n一 n2〈N,N為中間變量計(jì)數(shù)信號(hào)cnt的最大值; 如果判斷周期信號(hào)ctrl不為高電平，則計(jì)數(shù)判斷進(jìn)程結(jié)東。依此方法對(duì)cnt大小 進(jìn)行判斷，實(shí)現(xiàn)state狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。結(jié)果輸出就是在計(jì)數(shù)進(jìn)程和計(jì)數(shù)判斷進(jìn)程結(jié)東后，qout輸出什么狀態(tài)。qout 的輸出由計(jì)數(shù)進(jìn)程和計(jì)數(shù)判斷進(jìn)程決定。兩進(jìn)程結(jié)束后把state信號(hào)和ctrl信號(hào) 進(jìn)行"與"邏輯算后由脈沖^^輸出信號(hào)qout輸出。如圖5所示，把可編程脈沖發(fā)生裝置應(yīng)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(fā)生裝置。由周期信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生頻率可變、脈寬
可變的周期信號(hào)Ctrl,由時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)clk。經(jīng)可編程控制裝 置處理后，輸出驅(qū)動(dòng)電子開關(guān)K的脈沖^^輸出信號(hào)qout,從而在升壓變壓器 T的次級(jí)產(chǎn)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(hào)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(fā)生裝置應(yīng)用于微膠囊制備儀控制電路中，可編程脈沖發(fā)生 裝置的輸入信號(hào)參數(shù)如下時(shí)鐘信號(hào)elk為1MHz,周期信號(hào)ctrl脈寬為6 ms。邏輯控制和數(shù)據(jù)處理程序參數(shù)如下N =300,即0<cnt<300, n產(chǎn)10, n2=20, n3=30， n4=40，其中0<nl<n2<n3<n4<N,經(jīng)程序處理后，脈沖波形輸出信號(hào)qout 的輸出^^如圖6所示。脈沖波形輸出信號(hào)qout驅(qū)動(dòng)微膠囊制備儀高壓模塊產(chǎn) 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(dá)到20%，碎片含量少，僅占總量8%，基本達(dá)到細(xì)胞移 植的要求。實(shí)施例2與實(shí)施例1的不同之處在于把可編程脈沖發(fā)生裝置應(yīng)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(hào)參數(shù)如下時(shí)鐘信號(hào)clk為1MHz,周 期信號(hào)ctrl脈寬為4ms。邏輯控制和數(shù)據(jù)處理程序參數(shù)如下N- 1000，即0<cnt<1000, =10，n2=20， 經(jīng)程序處理后，qout輸出t^如圖9所示。脈沖^^輸出信號(hào)qout驅(qū)動(dòng)脈沖微 膠囊制備儀高壓模塊產(chǎn)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(dá)到10%,基本沒有碎片，完全達(dá)到細(xì)胞移植的要求。
權(quán)利要求
1. 一種可編程脈沖發(fā)生裝置，其特征在于包括可編程控制裝置，用于運(yùn)行邏輯控制和數(shù)據(jù)處理程序；時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路，與可編程控制裝置的時(shí)鐘信號(hào)輸入端相連，用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)(clk)；周期信號(hào)發(fā)生電路，與可編程控制裝置周期信號(hào)輸入端相連，用于產(chǎn)生頻率脈寬可調(diào)的周期信號(hào)(ctrl)，可編程控制裝置的輸出信號(hào)為脈沖波形輸出信號(hào)(qout)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可編程脈沖發(fā)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(fā)生裝置的控制方法，其特征在于包括以下步驟 首先對(duì)可編程脈沖發(fā)生裝置產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)(elk)和頻率脈寬可調(diào)的周期信號(hào)(ctrl)進(jìn)行定義；設(shè)置計(jì)數(shù)進(jìn)程和計(jì)數(shù)判斷進(jìn)程；由時(shí)鐘信號(hào)(elk)及周期信號(hào)(Ctrl)啟動(dòng)計(jì)數(shù)進(jìn)程，由周期信號(hào)(Ctrl)和 計(jì)數(shù)進(jìn)程產(chǎn)生的計(jì)數(shù)信號(hào)(cnt)啟動(dòng)計(jì)數(shù)判斷進(jìn)程； 對(duì)時(shí)鐘信號(hào)(elk)和周期信號(hào)(Ctrl)進(jìn)行處理； 由可編程控制裝置結(jié)果輸出模塊輸出結(jié)果。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的可編程脈沖發(fā)生裝置的控制方法，其特征在于 所述信號(hào)定義包括定義時(shí)鐘信號(hào)(elk)及周期信號(hào)(Ctrl)為可編程控制裝置 的輸入信號(hào)，可編程控制裝置的輸出信號(hào)為脈沖波形輸出信號(hào)(qout);定義作 為中間變量的最大值為N的計(jì)數(shù)信號(hào)(cnt)和邏輯輸出信號(hào)(state)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的可編程脈沖發(fā)生裝置的控制方法，其特征在于 所述計(jì)數(shù)進(jìn)程包括如下處理步驟啟動(dòng)該進(jìn)程后，首先檢測(cè)方波時(shí)鐘信號(hào)(dk) 是否是上升沿且為高電平，如果是，則檢測(cè)計(jì)數(shù)信號(hào)(cnt)是否小于N且周期 信號(hào)(Ctrl)是否為高電平，如果是，則計(jì)數(shù)信號(hào)(cnt)開始計(jì)數(shù)；N為中間變 量計(jì)數(shù)信號(hào)的最大值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的可編程脈沖發(fā)生裝置的控制方法，其特征在于 如果檢測(cè)時(shí)鐘信號(hào)(elk)是否為上升沿且為高電平的結(jié)果為否，則結(jié)東本次進(jìn) 程，待到再次有觸發(fā)信號(hào)時(shí)啟動(dòng)計(jì)數(shù)進(jìn)程。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的可編程脈沖發(fā)生裝置的控制方法，其特征在 于所述計(jì)數(shù)判斷進(jìn)程包括如下處理步驟啟動(dòng)后首先判斷周期信號(hào)(ctrl)是 否為高電平，如上述判斷結(jié)果為是，繼續(xù)判斷計(jì)數(shù)信號(hào)(cnt)是否小于ni，如 果小于m,則邏輯輸出信號(hào)(state)輸出高電平。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的可編程脈沖發(fā)生裝置的控制方法，其特征在于 如果上述判斷結(jié)果為不小于m,則繼續(xù)判斷計(jì)數(shù)信號(hào)(cnt)是否介于m和ri2之 間，如果是，則邏輯輸出信號(hào)(state)輸出與上一狀態(tài)相反的狀態(tài)，否則結(jié)束本 次進(jìn)程；其中0〈n!〈ri2〈N, N為中間變量計(jì)數(shù)信號(hào)(cnt)的最大值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的可編程脈沖發(fā)生裝置的控制方法，其特征在于 如果判斷周期信號(hào)(Ctrl)不為高電平，則計(jì)數(shù)判斷進(jìn)程結(jié)束。
10. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的可編程脈沖發(fā)生裝置的控制方法，其特征在于 所述結(jié)果輸出為由邏輯輸出信號(hào)(state)和周期信號(hào)(ctrl)經(jīng)過(guò)"與"邏輯運(yùn) 算后的脈沖^i^輸出信號(hào)(qout)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可編程脈沖發(fā)生裝置及其控制方法，包括可編程控制裝置，用于運(yùn)行邏輯控制和數(shù)據(jù)處理程序；時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路，與可編程控制裝置的時(shí)鐘信號(hào)輸入端相連，用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)；周期信號(hào)發(fā)生電路，與可編程控制裝置周期信號(hào)輸入端相連，用于產(chǎn)生周期信號(hào)，可編程控制裝置輸出脈沖波形輸出信號(hào)。該方法包括對(duì)可編程脈沖發(fā)生裝置產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)和周期信號(hào)進(jìn)行定義；設(shè)置計(jì)數(shù)進(jìn)程和計(jì)數(shù)判斷進(jìn)程；由時(shí)鐘信號(hào)及周期信號(hào)啟動(dòng)計(jì)數(shù)進(jìn)程，由周期信號(hào)和計(jì)數(shù)進(jìn)程產(chǎn)生的計(jì)數(shù)信號(hào)啟動(dòng)計(jì)數(shù)判斷進(jìn)程；對(duì)時(shí)鐘信號(hào)和周期信號(hào)進(jìn)行處理；由可編程控制裝置結(jié)果輸出模塊輸出結(jié)果。本發(fā)明通過(guò)改變高壓輸出波形制備不同粒徑的微膠囊，系統(tǒng)誤差小，可擴(kuò)展性強(qiáng)。
文檔編號(hào)H03K5/153GK101399531SQ200710012979
公開日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2007年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日
發(fā)明者偉 吳, 張家明, 靜 朱, 王樂群, 謝威楊, 馬小軍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所