基于FPGA的数字核谱仪中高速数字采集技术研究.pdf

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1、第35卷第4期核电子学与探测技术Vo1．35No．42015年4月NuclearElectronics&DetectionTechnologyApr．2015基于FPGA的数字核谱仪中高速数字采集技术研究宋雨菲，曾国强，魏世龙(成都理工大学地学核技术重点实验室，成都610059)摘要：数字核谱仪的高速实时数据采集能够对数字核谱仪中关键算法的调试起到关键作用。本设计以ALTERA公司的EP2C8T144C6现场可编程门阵列与高速USB数据采集芯片b32232H为核心，设计并制作了USB高速数据采集系统，可以实现USB接口高速数据传输。核谱仪采集到的信号送人到FPGA中，经过内部

2、HFI)存储器的缓存及算法处理，最后通过USB控制器将信号传输到计算机中，存储并显示出来。设计实现了28MByte／s以上的数据传输率，具有数据传输速度快，准确性高的特点，为进一步实现数字核谱仪高速信号采集奠定了基础。关键词：数字核谱仪；FPGA；FT2232H；高速USB采集；FIFO中图分类号：TH842文献标志码：A文章编号：0258-0934(2015)04-0365-04核谱仪是用于获取和处理多道脉冲幅度的为实现数字核谱仪中高速精确的数字采基本设备J。传统数字核谱仪中主要使用串集，本文设计的高速数据采集系统使用FPGA行RS232接口或串行RS485接口进行数字传作

3、为主控制器，采用USB通用串行总线通讯方输。随着时代的发展，低速的传输速率已经不式，实现对核谱仪探测信号的采集。FPGA时能满足人们的需求；同时，支持热插拔和即插即钟频率高，内部延时小，全部控制逻辑由硬件完用功能的USB接口脱颖而出。现代核工业生成，具有高效的数据运算处理能力；USB2．0通产及科学研究中，需要对核探测器获得的核信信协议与计算机连接便捷，应用广泛，速度快，号进行高效的采集处理分析，设计出更高速更可以使数据采集系统的性能大大提升J。精确的数据采集系统迫在眉睫。1系统硬件设计市面上多数的数字核谱仪使用基于ARM单片机或FPGA+MCU的高速数据采集设计方本着模块化

4、设计的思路，结合FPGA+USB案-2J。前者集成度高，可使ARM单片机内部控制器的设计原理，将硬件电路分为主控制器资源得到充分利用，但是传输速率仅为几百电路，USB数据传输电路，电源电路三个模块，硬件结构见图1。KB／s，不能达到高速数字采集的要求；FPGA+1．1主控制器电路设计MCU的设计方案在一定程度上提升了软件运FPGA具有高速运算和数据处理的能行的速度，但MCU运算处理能力差，且数据通力J，可以高效的完成复杂数据的算法处理，信程序编写复杂。为实现数字化多道能谱仪的实时数据采集起到关键作用。FPGA使用ALTERA公司的收稿日期：2015—01—13EP2C8T14

5、4C6芯片，负责核谱仪采集信号的算作者简介：宋雨菲(1992一)女，四川人，硕士研究生，法处理，数据缓存和1~'2232H的控制配置。调仪器仪表专业。365FPGA的10口与FT2232H的数据接口直接相连，外接20M有源晶振提供芯片的工作频率。同时FPGA还配置Flash存储器EPCS4SI8l5]，将程序烧录其中可解决掉电丢失的问题。1．2USB数据传输电路设计FI2232H芯片是FI'DI公司推出的第五代USB转UART／FIFO接口USB控制器产品，具图1硬件结构图有AB双数据传输通道，支持最高480Mb／Sec用FPGA中的IP核，生成异步FIFO存储器，输的USB

6、2．0数据传输速率。芯片内部集成了入时钟由晶振经PLL锁相环倍频后控制，需要USB协议引擎，无需单独固件的编写即可使用，与前级的ADC转换速率匹配，输出时钟由使软件开发更加简便J。USB数据传输电路Fl'2232H的读写时钟控制，可以解决由于数据见图2。转换速率过快而造成堆积的问题。图2USB数据传输电路FT2232H连接到计算机需要USB驱动程FT2232H的数据传输率达到12Mb／Sec；在并序，FrDI公司提供了两种驱动方式：～种是行FIFO数据传输模式下，数据传输率一般可VCP方式，这种方式通过虚拟串口将USB接口达25MByte／Sec。市面上普遍使用RS232模式

7、与PC机连接；另一种是D2XX驱动，这种方式的核谱仪数字采集系统，但为达到高速采集的使FT2232H通过DLL动态链接库直接连接到要求，本设计采用D2XX驱动的FT245同步PC机。在RS232／RS422／RS485模式下，FIFO模式，传输速度可达到40MByte／See。但366的文本文档数据，窗口波形曲线与FPGA中3系统功能实现FIFO存储器数据相符，数据传输完整。为实现对系统实际数据采样的测试与分4结束语析，将本设计运用于使用硅PIN核辐射探测器的数字核谱仪中，进行核信号数据的实时高速本文论