彈丸飛行速度的測量是武器系統各種運動參數中一項至關重要的內容，它是衡量火炮特性，彈藥特性和彈道特性的一個重要指標。在眾多的彈丸速度測量系統中．激光光幕區截測速靶以其精度高而獨具優勢。但采用現成的數據采集卡進行數據采集。不僅成本高，而且易受機箱等環境的限制。介紹了一種以FPGA為核心的數據采集系統．當子彈穿過光幕靶時，光電探測器獲得彈丸過靶信號．FPGA控制A／D轉換器進行信號采集并存儲。以供后續分析和處理。

1激光測速靶原理簡介

激光測速靶就是一種利用光測法測量彈丸速度的測試裝置。它由初速靶和存速靶組成，初速靶和存速靶又分別由啟動靶和停止靶組成。激光測速靶的光源為半導體激光器，激光束經準直、柱面反射鏡的擴柬形成人射光幕．彈丸依次過靶時．先后遮擋部分入射光線。經原向反射屏反射后由光電探測器獲取彈丸過靶時的交變信號。信號調理后，由數據采集電路進行采集．最后傳輸到上位機做數據處理和運算得出子彈的飛行速度。

2數據采集方案

為記錄子彈在啟動靶和停止靶的過靶信號，以啟動靶信號為觸發源，負延時觸發FPGA控制2個A／D轉換器同步進行數據采集，將采集到的數據分別存儲到SRAM中，然后通過USB依次將SRAM中的數據傳輸到上位機進行信號的分析和處理。單通道數據采集方案如圖2所示。

3器件選型及依據

3．1 FPGA的選擇

FPGA是英文Field Programmable Gate Array的縮寫，即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是作為專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定制電路而出現的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。

本系統采用了xilinx公司生產的xC2S50型FPGA。xc2s50是Spartan-Ⅱ系列產品中的一款，它采用了2．5 V電源供電，系統性能可達200 MHz，具有50 OOO個系統門，CLB數量為16×24，LC為1728，BlockRAM容量32 Kbit，擁有176個1／o口。其中XC2S50TQl44的用戶可用I／O口為92個，完全能滿足系統的需要。

3．2 ADC的選擇

步槍子彈出膛時的初速約為710 mps，彈頭長約2．5 crn。激光靶激光束寬2 mm，容易算出激光束被子彈遮擋的時間為：（25+2）／700 ooo=o．ooo 038 57 s=38．57鼬。也就是說探測器要采集的信號的頻率為1／38．57 MHz=25 926．88 Hz。根據奈奎斯特（Nyquist）采樣定理，ADC的采樣頻率應≥5l 853。76 Hz，實際應用中采樣頻率應≥259 268．8Hz。

AD7482是ADl公司推出的一款12位高速、低功耗逐次逼近式A／D轉換器，配有一個并行接口，最高吞吐量可3MsPS。該器件內置一個低噪聲、寬帶寬采樣一保持放大器，可處理40 MHz以上的輸入頻率。

3．3存儲器的選擇

可作為固態記錄器件的半導體件有多種，主要包括SRAM．DRAM。FRAM，FLASH等幾種器件。由于采集的時間短，數據容量小，采用SRAM就能滿足應用。N08T1630C1BT是NanoAmp Solutions公司～款低功耗512 k×16 bit SRAM，它有19位地址線，16位數據線，邏輯控制簡單且易實現。

4主要模塊邏輯實現

FPGA設計主要包括3個模塊部分：A／D轉換器控制模塊、SRAM控制模塊和計時器模塊。系統工作過程為：觸發信號觸發后。FPGA控制A／D轉換器開始采集。同時將A／D轉換到的數據存儲到SRAM中，200 ps后FPGA控制A／D轉換器停止采集。等待下一次觸發信號的到來。

4．1 A／D轉換器控制模塊

AD7482的主要控制信號有：片選（CS）、讀信號（RD）、啟動轉換（C（）NVST）、忙信號（BUSY）。其中，片選（CS）、讀信號（RD）控制轉換結果讀取；啟動轉換（CoNVST）控制啟動轉換過程；忙信號（BUSY）標志AD7482正處于轉換過程。AD7482滿額度工作時的轉換時間（conversion time）為300 ns．其中．跟蹤保持獲取時間（track-and—hold acquisitiontime）為70ns，轉換結果存取時間為30 ns。實際應用中，2MSPS的采樣頻率就能滿足系統的要求。C（）M研控制轉換開啟關閉，CS和RD連接在一起控制轉換結果的存取．編寫VHI）L程序．在C她毗usU軟件中仿真，仿真結果如圖3所示。

圖3中，convst跳轉為低電平時，AD7482開始模數轉換，rd跳轉為低電平時，將轉換的結果讀取到SRAM中。

4．2 SRAM控制模塊

A／D轉換器每轉換一次。FPGA控制A／D轉換器將轉換的結果讀取存儲到SRAM中。N08T1630ClBT的主要控制信號有：片選（CE）、寫使能（WE）、輸出使能（oE）、高字節使能（UB）、低字節使能（LB）。N08T1630ClBT的寫時序為：確定地址一》拉低CE一》拉低WE一》將要寫入的12位數據置于數據線上一》拉高wE。電路中將N08T1630ClBT的片選（CE）端和寫使能（wE）端連接到一起，由FPGA發出的rd信號進行控制，即可完成A／D轉換結果的數據存儲·編寫相應的VHDL程序，在QuartusII軟件中仿真·仿真結果如圖4所示：rd跳轉為低電平時，數據寫入SRAM，SRAM的地址位加一。

4．3計時器模塊

由于啟動靶和終止靶之間的距離5是已知的．只要能測出子彈通過啟動靶和終止靶之間的時間￡，就可利用u=s/t測出子彈的速度。用VHDL語言編一以啟動靶觸發信號為啟動信號和以終止靶觸發信號為停止計數的計時器，便可得出子彈通過啟動靶和終止靶之間的時間。計數器的編程很簡單。在此就不再多作說明。

5．結論

通芒翌．激光測速靶數據采集系統的改進，采用FPGA控制A／D轉換器來完成數據采集，以代替現成的數據采集卡，具有電路簡單、易于擴展、體積小等優點，大大降低了測速靶的成本，進一步增加了系統應用的靈活性。