用ATmega128控制的多道脉冲幅度分析系统

峰值保持原理：开始ATmega128控制开关K1闭合，K2断开。U1输出电压分成两路，一路经二极管对100PF的电容C1充电；另一路送至电压比较器U3，与射极跟随电路U2输出电压比较。当U2输出电压大于U1输出电压时，此时电容C1保持的电压即为峰值电压。ATmega128接收到U3发出中断信号（INT2）后控制开关K1断开，启动高速模数转换电路对其采集并存储，完成后控制开关K2闭合，对电容C1进行放电。最后控制开关K1闭合，K2断开准备采集下一个γ事件峰值。电容C1是云母电容器，有极高的防泄露电能力，因而能够保持窄脉冲信号的峰值。
高速模数转换电路中，AD9220是ADI公司一款性能优良的12位高速模数转换器，速率可达10MSPS[5]。选择内部参考源，用单端输入方式来进行采样，一次采样需要一个时钟周期，其速率取决于输入时钟的频率，电压输入范围为0～5V。
ATmega128采用16MHz晶振，机器周期为62.5ns。通过软件编程在PD5端口产生周期为125ns的方波，作为AD9220进行采样的时钟信号（CLK）。由于每次采样后ATmega128还要进行数据存储，数据存储时间需62.5ns。故每获得一个数据总共需要187.5 ns。经测试表明，采用ATmega128成功弥补了89C51速度慢的缺点，充分发挥了AD9220高速模数转换的性能，转换速率达到了5MS/s。
由于ATmega128内部仅含有4K的数据存储器，当数据采集量大于4K时，采用62256(32K)扩展外部数据存储器。
2.3 USB接口电路及软件设计
采用CH375作为USB控制器，它是一个USB总线的通用设备接口芯片，内置了USB通讯中的底层协议，支持主机方式和从机方式，具有8位数据总线（D0～D7）、地址输入（A0）、读（RD#）、写（WR#）、片选控制线（CS#）以及中断输出（INT#），作为从机挂接到ATmega128
的数据总线上与上位机通信[6]。CH375与ATmega128接口电路如图4所示。

图4 USB控制器CH375与ATmega128接口电路
在本地端，采用从机方式的CH375采用内置固件模式。ATmega128对CH375的操作是采用命令加数据的I/O操作方式，任何操作都是先发命令给CH375（其命令格式参考文献6），然后是执行数据输入输出。CH375接收到计算机端发送的数据或者发送完数据后，以中断方式通知单片机。
在计算机端，采用VC作为计算机端应用软件的开发平台，利用CH375动态链接库DLL提供的API函数对其操作。将CH375芯片的驱动程序、动态链接库拷贝到计算机中，再将动态链接库的访问入口及函数定义入口添加至VC项目中后，对USB设备的通信编程就几乎和访问本地硬盘中的文件差不多了。
3 全能峰测量
该系统探测137Cs得到的全能峰如图4所示，阈值电路下限阈值电压设定为0.5V。横坐标为能量，分4096道，纵坐标为每道的记数值。从该图中可以得出137Cs的半高宽为171，能量分辨率为8.09%，产生662KeV的γ射线谱峰的最大计数是3395，对应的谱线道数是2115。

4 结束语
该系统由于采用AVR单片机ATmega128作为主控制器和USB总线进行数据传输，计数率高，死时间小。不仅具有采集速率高（5MS/s）的优点，还具有传输速度快（1Mbit/s）、易用、可扩展、快速、传输可靠等优点，已应用到我校4兆伏静电加速器的核辐射防护监测系统中。