[發明專利]一種適用于USB接口的脈沖信號同步系統及方法

有效

• 申請號: 201810317658.3
• 申請日: 2018-04-10
• 公開（公告）號: CN108717398B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 肖俊東;羅威;李家志;秦克
• 申請（專利權）人: 中國艦船研究設計中心
• 主分類號: G06F13/38
• 分類號: G06F13/38;G06F13/40;G06F13/42;G06F13/10
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡建平;楊曉燕

1.一種適用于USB接口的脈沖信號同步系統，其特征在于，用于計算設備與外部設備進行高精度周期性脈沖同步的場合，包括脈沖信號捕獲與接口轉換模塊、USB驅動模塊和API函數模塊；

所述脈沖信號捕獲與接口轉換模塊用于捕捉周期性脈沖信號，隨后產生上位機能夠識別的USB中斷協議包；

所述USB驅動模塊和API函數模塊裝配在計算設備上，USB驅動模塊用于接受并處理USB中斷協議包；所述API函數模塊用于提供中斷處理函數接口，當USB驅動模塊接收到USB中斷協議包后，運行API函數模塊，啟動用戶定義的中斷處理程序。

2.如權利要求1所述的適用于USB接口的脈沖信號同步系統，其特征在于，所述脈沖信號捕獲與接口轉換模塊包括模擬信號電平轉換芯片、光電隔離芯片、主控制器、USB接口保護芯片和DC-DC穩壓芯片；

所述模擬信號電平轉換芯片用于將模擬電平轉化為數字電平；

所述光電隔離芯片用于將USB接口和模擬信號電平轉換芯片完全光電隔離，隔離輸入的模擬信號與輸出的USB接口信號；

所述主控制器用于對周期性脈沖信號進行學習預測，捕獲脈沖信號并輸出USB中斷協議包；

所述USB接口保護芯片為HID設備，采用靜電防護設計，防止瞬間高壓沖擊，兼容USB2.0協議標準；

所述DC-DC穩壓芯片用于將5V電源轉化成芯片工作電源。

3.一種如權利要求1~2所述的適用于USB接口的脈沖信號同步系統的同步方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、將同頻同相的周期性脈沖信號同時發往計算設備與外部設備，外部設備直接處理周期性脈沖信號；

S2、裝配在計算設備上的脈沖信號捕獲與接口轉換模塊將周期性脈沖信號轉化為USB中斷協議包被上位機讀取；

S3、當USB驅動模塊接收到USB中斷協議包后，運行API函數模塊，啟動用戶定義的中斷處理程序，USB中斷報文延時發送，USB中斷報文與下一個脈沖上升沿保持同步；使得計算設備與外部設備在周期性脈沖信號的驅動下完成頻率同步。

4.如權利要求3所述的適用于USB接口的脈沖信號同步系統的同步方法，其特征在于，所述步驟S2中，周期性脈沖信號的捕捉采用學習預測的處理方法，主控制器對輸入的周期性脈沖信號進行多個周期的監聽，學習出周期性脈沖信號的周期與脈寬并與周期性脈沖信號同步，預測下一個脈沖上升沿到來的時刻，并在該時刻附近的小窗口內進行脈沖上升沿捕捉。

5.如權利要求3所述的適用于USB接口的脈沖信號同步系統的同步方法，其特征在于，所述步驟S3中，假定周期性脈沖信號的頻率為f，周期T為1/f，通過主控制器的處理器捕獲脈沖上升沿及產生USB中斷報文的時間分別為t1與t2，通過主控制器的計數器產生t3的延時，使得USB中斷報文與下一個脈沖上升沿對齊，其中t3滿足下式：t1+t2+t3=T。

6.如權利要求5所述的適用于USB接口的脈沖信號同步系統的同步方法，其特征在于，當處理器周期為100MHz時，處理器任務處理時間與計數器計數時間的抖動均小于100ns，因此USB中斷報文與下一個脈沖上升沿的同步誤差控制在微秒量級。