毕业设计（论文）答辩基于fpga的多道脉冲幅度分析器毕业设计答辩课件

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1、毕业设计答辩基于FPGA的多道脉冲幅度分析器的设计姓名：班级：电信科074指导老师：目录研究背景国内外研究现状特色与创新设计完成的主要任务整体设计功能模块设计调试结果分析结论研究背景核能谱测量技术被广泛应用于定量分析被测物质的元素成分及其含量。核能谱测量技术是一种综合性很强的技术，是核探测技术、电子技术、计算机技术等多学科相互交叉渗透的产物，具有现场、多元素快速分析、非破坏性等特点，目前已成为物质成分分析必用的仪器。多道脉冲幅度分析器是能谱仪的关键部件，其性能好坏决定了能谱仪的测量精度，所以，多道脉冲幅度分析技术

2、是核辐射测量技术中的一个重要研究课题。国内外研究现状国内外研制生产——大致分为两类：ORTEC、CANBBER及北京核仪器厂为代表原理是采用逐次比较法，特点是采用数字集成电路芯片来实现A/D，采用数字均道器来调节道宽，优点是能满足高计数率，缺点是积分非线性、微分非线性不太理想。上海核仪器厂为代表原理采用线性放电法，特点是采用中小规模数字集成电路芯片来实现控制核心，优点是积分非线性、微分非线性好，缺点是只能满足低计数率。特色与创新采用FPGA为核心的器件，以一片FPGA芯片代替了以往30多片中小型的数字芯片，提高整

3、体的抗干扰能力和稳定性，而且可以使体积更小。FPGA能通过VHDL语言编写程序实现许多强大的功能采用二级线性放电法，但不是直接采用A/D变换转换芯片，而是将计数器、比较器、存储器等功能器件集成在FPGA上，相当于自制一个A/D变换转换器。设计完成的主要任务完整的多道脉冲幅度分析器应具有两大部分的功能：对探测信号的模数转换和地址存储，即数据转换及存储的控制功能；将结果直接显示或通过串口、并口等方式送给微机处理，即数据传输功能。输入信号幅度分成l6类进行存储，每类幅度差为H，H称为道宽，每一类称为一道，共有l6道，道

4、号为0—15。和道号相应，存储器有16个存储单元存储单元的地址为0-15。幅度为V的模拟信号经过模数变换得到和V成比例的地址码m，m=V/H。按地址码m寻找存储器中此信号应存入的第m个存储单元，然后使该单元中的计数加1。模数变换及按地址寻址存储示意图整体设计数据获取线性放电法模数变换原理经过模数转换的道址是数据传输和数据处理的对象，我们获得道址数据的方法采用线性放电法。下图为两级直线放电法模数变换原理图总道数Lmax=4096=212快放电速度为26H/T0慢放电速度为20H/T0数据获取数据传输常用的几种方式：

5、串口、EPP、ISA总线接口、USB接口和并口。串口设计简单、传输距离较远、传输线较少，是数据传输中广泛采用的一种标准。串行接口中有几种接口标准如RS-232、RS-422等。通用串行总线USB由Intel等厂商制定，其特点速度快、安装方便、即插即用、扩展性好，可有效降低成本、简化设备的配置和连接。经过对两种数据传输方式的分析，其中RS-232比较简单，易于实现，USB传输速度快，方便，但它的协议复杂，编程不易。因此设计最终使用RS-232作为系统的传输方式。总体方案设计使用二级线性放电法做系统的A/D转换，用R

6、S-232和USB进行数据传输，使用FPGA作为整个系统的控制和存储核心。整个系统可分为四部分。第一部分脉冲放大电路，即前放和主放第二部分为模数转换部分第三部分以FPGA为核心的数字逻辑控制电路部分第四部分为以USB标准设计制作的数据传输部分多道脉冲分析器的系统结构原理图软件设计软件设计过程就是用程序语言编写程序并下载到芯片中，实现各项功能的过程程序设计是用VHDL语言编写的，仿真工具为Altera公司的QuartusII7.2，根据各模块的设计思路编程并调试，仿真，最后作顶层程序，连接各单元电路，生成器件的比特

7、流文件，下载到Altera公司的Cyclone系列EP1C6Q240C8芯片上。系统主流程图FGPA功能模块结构图功能模块设计主要有7个功能模块组成分频功能模块设计——对时钟进行预分频主控功能模块设计——对模拟信号数字量化存储功能模块设计——实现Ram功能RS232通讯功能模块设计——发送数据PWM斩波调幅设计——把上下阈值转变为占空比相应的PWM斩波存储控制模块设计——接收主控模块发送的数据，并将其转换为道址送入存储器时间控制模块设计——制测量时间主控模块状态流程图STATE0：初状态，全部复位；STATE1：

8、等待过峰，过峰则进入STATE2；STATE2：信号是否有效，有效即进入STATE4，无效则进入STATE3；STATE3：清空电容电量，清空即进入STATE0，否则状态不变；STATE4：慢放电，内部计数器计数，放完进入STATE0，否则状态不变STATE5：检测是否到达测量时间，没到回到初状态，否则保持该状态STATE0：初始状态，载入数据。STATE1：数据发送状态