智能仪器

爆炸冲击波是衡量武器威力大小和毁伤效能的重要参数之一，获取其爆炸冲击波对武器评价具有重要意义。

在当前测试爆炸冲击波有两种方法：引线式和存储式。

存储式可避免引线式引入长线电缆引起的信号衰减失真，可靠性较差等问题，因而当前冲击波测试系统都大多采用存储式进行设计。

现有的冲击波存储测试系统中，往往采用单次触发设计，测试系统的工作流程仅完成单次冲击波信号的采样存储，不可再次触发。

为了测试系统在爆炸的瞬间及时采集和存储瞬态的冲击波信号，使用触发完成测试。

当前测试系统的工作流程为：（1）在试验前，将测试系统的工作参数设定后，放入测试现场。

（2）在爆炸前，人员在撤离前打开测试系统的电源后，测试系统进入循环采样和循环存储状态，等待触发。

（3）起爆后，触发信号到来时，测试系统被触发进入顺序存储状态，存储空间满后，退出采样存储，完成测试，等待读取数据。

在（2）过程中，爆炸场环境恶劣，加之等待的时间较长，测试系统易被误触发。

在（3）中，由于测试系统采用较高采样频率和较小存储空间，顺序存储时间往往较短，一般往往为几秒。

如果在爆炸前误触发，测试系统在采集存储几秒后，就会完成测试，当冲击波来临时，不会再采集存储，无法获取信号。

为了提高测试系统的可靠性，使用可多次触发技术来实现，在误触发之后，测试系统能够再次进入循环采样存储阶段，在冲击波到来之前，处于待触发状态，冲击波到来时，测试系统可以再被触发，使系统能够完整采集到冲击波信号。

针对此加大存储容量，以能再次触发后存储，并对存储空间进行分割成多个数据存储空间。

测试系统每被触发一次，都将完成一次测试，并将此次数据存储在其中一个数据存储空间。

基于现有测试系统的不足和上述设计思想，本文设计一种冲击波超压测试系统.如图1为测试节点整体框图。

其系统采用PCB公司113B系列ICP压力传感器，响应时间 1µs,响应频率范围0.1Hz～500kHz,设计电路带宽为0.1Hz~250kHz,采用恒定采样频率1MHz，A/D分辨率为12bit.测试节点采用Xilinx FPGA作为整体逻辑时序控制芯片，可实现多进程操作速度快，利用内部RAM资源构建FIFO实现系统低功耗。

GPS授时模块则是获取爆炸时刻的绝对时间，用于后续数据提取。

其工作原理是在实验前，计算机通过USB连接测试节点，上位机软件控制平台对各测试节点的增益放大倍数、触发电平等参数设置后放入测试现场。

打开电源是否触发循环采样循环存储1M空间顺序存储7M空间存满8M数据段是否停止信号采集结束（等待读取）否是是否是否记录是启动计时器其整个系统的构成如上图所示，在此系统设计中主要采用硬件来实现对nandflsh的控制，nandflash具有写前块摖除和必须按页写入，其操作较为困难和繁琐，如何采用FPGA控制flash成为难点，构建一个较为适用于各种NAND falsh器件的控制软核能够方便移植到新的系统中，加快设计开发和提高代码复用性，NAND flash控制器软核则是非常重要的。

在这种情况下，自身编写了一个NAND flash控制器的控制软核，采用verilog语言进行编写。

下面以FlashID读取操作为例，介绍如何用FPGA完成Flash的操作时序。

以下是用于实现该功能的部分verilog代码供参考。

module nand_flash (clk,rst_n,//host interfaceictrl,iwr_n,icommand,iaddress,owreq,iwdata,ordata_valid,ordata,//nandFlash interfaceNFL_nRB,NFL_CLE,NFL_ALE,NFL_nCE,NFL_nWE,NFL_nRE,NFL_nWP,NFL_DATA);//-------------port list-------------input clk,rst_n;//27Mhzinput [3:0] ictrl;//get_id,page_we,page_rd,block erase,...input iwr_n;//low level is activeinput [15:0] icommand;//send command datainput [27:0] iaddress;//A0-A7=col0;A8-A11=col1;A12-A19=row1;A20-A27=row2 output owreq;//write requireinput [7:0] iwdata;//write dataoutput ordata_valid;//read data out validoutput [7:0] ordata;//read datainput NFL_nRB;//1=ready,0=busy,posedge pulse mean flash have received the command,host can read data or statusoutput NFL_CLE,NFL_ALE,NFL_nCE,NFL_nWE,NFL_nRE,NFL_nWP;inout [7:0] NFL_DATA;//-------------register signal-------reg NFL_CLE,NFL_ALE,NFL_nCE,NFL_nWE,NFL_nRE,NFL_nWP;reg ordata_valid;reg [7:0] ordata;reg owreq;//-------------parameter signal------//READIDparameter NFLASH_READID_COM_MAX = 3'd0;parameter NFLASH_READID_ADDR_MAX = 3'd0;parameter NFLASH_READID_RDATA_MAX = 11'd3;//READ PROGRAM parameter NFLASH_READ_PRO_COM_MAX = 3'd1;parameter NFLASH_READ_PRO_ADDR_MAX = 3'd3;parameter NFLASH_READ_PRO_RDATA_MAX = 11'd15;//WRITE PROGRAM parameter NFLASH_WRITE_PRO_COM_MAX = 3'd1;parameter NFLASH_WRITE_PRO_ADDR_MAX = 3'd3;parameter NFLASH_WRITE_PRO_WDATA_MAX = 11'd15;//BLOCK EASER parameter NFLASH_BLOCKEASER_COM_MAX = 3'd0;parameter NFLASH_BLOCKEASER_ADDR_MAX = 3'd0;parameter IDLE = 'd0,GET_ID = 'd1,PAGE_WRITE = 'd2,PAGE_READ = 'd3,READ_STATUE = 'd4,RESET = 'd5,BLOCK_ERASE = 'd6;//???°íê3é?a????1|?üparameter OP_IDLE = 'd0,OP_START = 'd1,OP_CLE = 'd2,OP_WRITE_CLE_L = 'd3,OP_WRITE_CLE_H = 'd4,OP_ALE = 'd5,OP_WRITE_ALE_L = 'd6,OP_WRITE_ALE_H = 'd7,OP_WR_DATA = 'd8,OP_WR_DATA_L = 'd9,OP_WR_DATA_H = 'd10,OP_READ_DATA = 'd11,OP_READ_DATA_L = 'd12,OP_READ_DATA_H = 'd13;//-------------internal signal-------//flagreg get_id_flag;reg read_flag;reg write_flag;reg blockerase_flag;//-----//commandreg [7:0] command_get_id;reg [15:0] command_read;reg [15:0] command_write;reg [15:0] command_blockerase;//------//addressreg [27:0] address;//command repeatreg [2:0] repeat_com_cnt;reg repeat_com_ok;reg [2:0] repeat_com_maxcnt;reg load_cnt_com;reg repeat_com_en;//addr repeatreg [2:0] repeat_addr_cnt;reg repeat_addr_ok;reg [2:0] repeat_addr_maxcnt;reg load_cnt_addr;reg repeat_addr_en;//read data repeatreg [10:0] repeat_rdata_cnt;reg repeat_rdata_ok;reg [10:0] repeat_rdata_maxcnt;reg load_cnt_rdata;reg repeat_rdata_en;//write data repeatreg [10:0] repeat_wdata_cnt;reg repeat_wdata_ok;reg [10:0] repeat_wdata_maxcnt;reg load_cnt_wdata;reg repeat_wdata_en;// block easerreg repeat_blockerase_ok;reg [7:0] nf_data_out;reg [7:0] op_state;reg [7:0] state;reg NF_CLE,NF_ALE,NF_nCE,NF_nWE,NF_nRE,NF_nWP;reg NFL_nRE_buf;reg NFL_nRB_buf;//**************main body************wire nf_readid = (!ictrl[3] & !ictrl[2] & !ictrl[1] & !ictrl[0]) & !iwr_n;//0000wire nf_pageprogram = (!ictrl[3] & !ictrl[2] & !ictrl[1] & ictrl[0]) & !iwr_n;//0001wire nf_read_normal = (!ictrl[3] & !ictrl[2] & ictrl[1] & !ictrl[0]) & !iwr_n;//0010wire nf_readstatus = ( ictrl[3] & !ictrl[2] & ictrl[1] & ictrl[0]) & !iwr_n;//0011wire nf_reset = (!ictrl[3] & ictrl[2] & !ictrl[1] & !ictrl[0]) & !iwr_n;//0100wire nf_blockerase = (!ictrl[3] & ictrl[2] & !ictrl[1] & ictrl[0]) & !iwr_n;//0101//-----------operation--------------//always@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)NFL_nRB_buf <= 1'b0;elseNFL_nRB_buf <= NFL_nRB;endalways@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)NFL_nRE_buf <= 1'b1;elseNFL_nRE_buf <= NFL_nRE;end////////////flag//////////get_id_flagalways@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)get_id_flag <= 1'b0;else if(nf_readid) //startget_id_flag <= 1'b1;else if(repeat_rdata_ok) //overget_id_flag <= 1'b0;end//command_get_idalways@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)command_get_id <= 8'h00;else if(nf_readid)command_get_id <= icommand[15:8];//get_id operation only need one command endalways@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)address <= 28'h00_00_0_00;else if(!iwr_n)address <= iaddress;//include col and row addressend//command repeatalways@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)beginrepeat_com_cnt <= 'd7;repeat_com_ok <= 1'b0;endelsebeginif(load_cnt_com == 1'b1)beginrepeat_com_cnt <= repeat_com_maxcnt;repeat_com_ok <= 1'b0;endelse if(repeat_com_en == 1'b1)beginif(repeat_com_cnt == 'd0)beginrepeat_com_cnt <= 'd0;repeat_com_ok <= 1'b1;endelse if (repeat_com_cnt > 'd0)beginrepeat_com_cnt <= repeat_com_cnt - 1'b1;repeat_com_ok <= 1'b0;endelsebeginrepeat_com_cnt <= repeat_com_cnt;repeat_com_ok <= 1'b0;endendelsebeginrepeat_com_cnt <= repeat_com_cnt;repeat_com_ok <= 1'b0;endendendalways@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)nf_data_out <= 8'd0;elsebegin//get_id operationif(get_id_flag)beginif(!NF_nWE)beginif(NF_CLE == 1'b1)nf_data_out <= command_get_id;//get_id_command else if(NF_ALE == 1'b1)nf_data_out <= address[7:0];//get_id_address elsenf_data_out <= nf_data_out;endelsenf_data_out <= nf_data_out;endEnd//-----------state machine-----------//always@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)beginstate <= IDLE;op_state <= OP_IDLE;repeat_com_maxcnt <= 'd0;load_cnt_com <= 1'b0;repeat_com_en <= 1'b0;repeat_addr_maxcnt <= 'd0;load_cnt_addr <= 1'b0;repeat_addr_en <= 1'b0;repeat_rdata_maxcnt <= 'd0;load_cnt_rdata <= 1'b0;repeat_rdata_en <= 1'b0;repeat_wdata_maxcnt <= 'd0;load_cnt_wdata <= 1'b0;repeat_wdata_en <= 1'b0;endelsebegincase(state)IDLE:beginif (nf_readid == 1'b1)beginstate <= GET_ID;op_state <= OP_IDLE;//command_cntrepeat_com_maxcnt <= NFLASH_READID_COM_MAX;//0 load_cnt_com <= 1'b1;repeat_com_en <= 1'b0;//addr_cntrepeat_addr_maxcnt <= NFLASH_READID_ADDR_MAX;//0 load_cnt_addr <= 1'b1;repeat_addr_en <= 1'b0;//rdata_cntrepeat_rdata_maxcnt <= NFLASH_READID_RDATA_MAX;//3 load_cnt_rdata <= 1'b1;repeat_rdata_en <= 1'b0;GET_ID:beginif(repeat_rdata_ok)//GET ID operation is overelsestate <= GET_ID;case (op_state)OP_IDLE:beginop_state <= OP_START; repeat_com_maxcnt <= 'd0;load_cnt_com <= 1'b0;repeat_com_en <= 1'b0;repeat_addr_maxcnt <= 'd0;load_cnt_addr <= 1'b0;repeat_addr_en <= 1'b0;repeat_rdata_maxcnt <= 'd0;load_cnt_rdata <= 1'b0;repeat_rdata_en <= 1'b0;repeat_wdata_maxcnt <= 'd0;load_cnt_wdata <= 1'b0;repeat_wdata_en <= 1'b0;endOP_START:beginop_state <= OP_CLE;endOP_CLE:beginrepeat_com_en <= 1'b1;op_state <= OP_WRITE_CLE_L;endOP_WRITE_CLE_L:beginrepeat_com_en <= 1'b0;op_state <= OP_WRITE_CLE_H;endOP_WRITE_CLE_H:beginrepeat_com_en <= 1'b0;if(repeat_com_ok)op_state <= OP_ALE;//elseop_state <= OP_CLE;endOP_ALE:repeat_addr_en <= 1'b1;op_state <= OP_WRITE_ALE_L;endOP_WRITE_ALE_L:beginrepeat_addr_en <= 1'b0;op_state <= OP_WRITE_ALE_H; endOP_WRITE_ALE_H:beginrepeat_addr_en <= 1'b0;if(repeat_addr_ok == 1'b1) op_state <= OP_READ_DATA;// elseop_state <= OP_ALE;endOP_READ_DATA:beginrepeat_rdata_en <= 1'b0;op_state <= OP_READ_DATA_L;//endOP_READ_DATA_L:beginrepeat_rdata_en <= 1'b1;op_state <= OP_READ_DATA_H;endOP_READ_DATA_H:beginrepeat_rdata_en <= 1'b0;if (repeat_rdata_ok == 1'b1)op_state <= OP_IDLE; elseop_state <= OP_READ_DATA_L;enddefault:op_state <= OP_IDLE;endcaseend。