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基于S3C2440的多道脉冲幅度分析器设计

作者:时间:2014-04-14来源:网络收藏

摘要 传统的以单片机为核心的多道脉冲幅度分析器集成度低、软硬件设计难度大、系统升级困难。文中介绍了一种以高性能32位嵌入式处理器处理为核心的多道脉冲幅度分析器的硬件设计方案,电路主要包括甄别电路、峰值扩展电路、控制电路和A/D转换电路。甄别电路通过设定阈值去除低能噪声信号,峰值检测电路进行输入信号的峰位检测和峰值扩展,A/D转换电路实现输入信号的模拟-数字量的转换。控制电精确控制了整个电路的工作时序。测试表明,该系统具备良好的微分非线性和积分非线性、速度快、稳定性好、可用于实际工作。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/236507.htm

关键词 多道脉冲幅度分析器;;峰值检测

多道脉冲幅度分析器是核辐射测量仪器的一个重要组成部分,它将被测量的脉冲幅度范围平均分为n个幅度间隔,然后测量输入脉冲在每一个幅度间隔内的计数值,最后得到输入信号的脉冲幅度和相对应计数的关系曲线。传统的多道脉冲幅度分析器多是以51系列单片机为核心电路系统。由于单片机的处理能力有限,因此这种仪器需要上位机的软件支持。这种上、下位机的设计方式也限定了系统的功能,影响了系统的稳定性与实时性。此外,单片机系统的低集成度也导致了系统设计难度大,系统升级困难。文中提出了一个基于32位核的处理器的多道脉冲幅度分析器设计方案。该设计可以对核信号进行采集、分析、处理与显示,是一个高集成度、高精度、低功耗、低成本的多道脉冲幅度分析系统。

1 系统总体硬件结构

系统设计方案如图1所示,硬件电路主要由甄别电路、峰值检测电路、A/D转换电路和S3C2440外围扩展电路组成。系统工作原理:从核探测器输出的核脉冲信号分为两路。一路进入甄别电路,该电路对信号的波形进行选择,通过设定输入脉冲的阈值电压,达到消除低能噪声的目的。另一路信号进入峰值扩展电路,该电路检测峰值到来时刻,并且对脉冲的波峰进行展宽和保持到能适应A/D转换时间的宽度。控制电路控制整个硬件电路的工作时序,精确启动A/D转换。信号A/D转换完成后,S3C2440使用中断方式读取转换结果,将转换结果作为地址值,并使该地址的计数值加1。一个输入脉冲信号处理完毕后,S3C2440发出门控信号使控制电路恢复到初始状态,以等待下一个脉冲的到来。经过一段时间的测量后,即可以得到信号的脉冲一幅度曲线。S3C2440外围接口电路的触摸屏可以实现整个系统的控制和操作。LCD显示屏用来显示能谱曲线以及数据处理结果。数据信息可选存储在USB设备中,以供计算机的后续处理。

 

 

2 主要硬件电路

2.1 甄别电路

甄别电路如图2所示,采用高速比较器LM311实现。调节W2电压分配器,可以设定脉冲的下限阈值。输入信号从LM311的正输入端输入。根据比较器LM311特性:当正输入端电压低于相输入端电压时,比较器输出低电平。反之,当正输入端电压高于设定的负向输入端压,则输出高电平。在设计中,通过调节W2的值,可以设定一个阈值电压,只有输入脉冲高于此阈值电压时,输出端OUTA输出一个高电平。

2.2 峰值检测电路

峰值检测电路如图3所示,主要采用放大器CA3140和比较器LM311。峰值检测电路可以检测输入脉冲峰值的到来时刻,并将输入脉冲的峰顶进行扩展宽并保持一定时间,使A/D转换器能正确地转换脉冲电压。

 

 

峰值扩展工作原理:初始状态模拟开关J1断开,J2导通。输入脉冲由从放大器正向输入端输入,当脉冲信号处于上升沿,并且超过甄别电路的阈值电压时,模拟开关J1断开,J2断开,二级管D2导通,负反馈回路接通。此时放大器相当于电压跟随器,其输出端的电压等于输入端的电压,并且给电容C9充电。等输入信号到达峰值后下降时,模拟开关J1导通,J2断开,以防止短时间内过多的信号在电容C22上堆积,导致电路不能进行峰值扩展。放大器的反向端电压大于正向电压,输出负信号,二极管D2截止,负反馈回路断开。此时电容C9上的电压为峰值电压。由于二极管的反向电阻和放大器的输入阻抗都较大,电容C9不能通过二极管D2放电,实现了峰值扩展的目的。二极管D1和电阻R5对输出的负信号的幅度进行一定了的限制,保证了放大器及整个峰值保持电路稳定的工作。最后输入信号通过放大器U6进入A/D转换器。等后续的A/D转换结束后,本电路复位,模拟开关J1断开,J2导通,使电容C9快速放电,等待下一个脉冲信号到来。

峰位的检测工作原理:在比较器U4中,输入脉冲Vin从LM311负向输入端输入,峰值扩展输出的信号Vpeak从LM311的正向输入端输入。由于Vpeak是输入脉冲Vin经过峰值扩展电路延时后的信号,因此,开始时刻,Vin>Vpeak,此时输出端输出低电平。一旦输入脉冲的峰值到来,则Vin

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关键词: ARM 9 S3C2440

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