usb接口|USB便攜式多道γ能譜儀的設計與實現

更新時間:2014-03-12 來源:可行性報告 點擊:

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摘要:討論了串行總線(USB)技術應用于便 攜式多道γ能譜儀的可行性,并詳細介紹了 系統的硬件、固件、設備驅動程序以及應用程序的設計方法,最后給出了其性能測試結果。

    關鍵詞:USB γ能譜數據采集 WDM

野外地面γ能譜測量技術主要研究地殼巖石土壤中產生的能量范圍約為30keV~3000keV的γ射線,這里面包含著軸、鉀等天然放射性核元素信息、核工程活動產生的大量人工放射性核元素信息以及γ射線與地殼相互作用產生的相關信息。而用于獲取和處理γ能譜數據的多道γ能譜儀是重要的研究課題,其功能是把從γ射線探測器得到的脈沖信號轉換為X-Y軸的能譜形式并顯示出來(X軸代表能量,Y軸代表脈沖計數)。
(范文先生網www.fwsir.com收集整理)
    傳統的多道γ能譜儀一般采用NIM(Nuclear Instrument Module)插件的標準模式。但其存在體積龐大、抗干擾能力差等缺點,不適合于野外現場測量。為適應多道γ能譜儀智能化、微機化、便攜化的實際需要,本設計采用筆記本電腦作為γ能譜儀的上位機。常用接口方式主要有RS-232C串口、紅外線端口、EPP并口、USB、1394、Ethernet等。這幾種接口方式的特點比較如表1所示。

表1 接口方式特點比較

方式 長度(m) 速度(b/s) 主要優點 主要缺點 串口 15 20k 應用廣泛,研發簡單 速度慢,逐漸被淘汰 并口 10 8M 速度較快,研發簡單 逐漸被淘汰 紅外線 2 115k 無線傳輸 距離短,可靠性差,耗電大 USB1.1 5 12M 傳輸穩定,速度快,使用方便,具有彈性,代表接口發展方向 協議復雜,研發難度較大 1394 1.5 400M 傳輸速度快,具有彈性 特定用途(視頻),研發難度大 Ethernet 500 10M 傳輸可靠,使用方便 ,資源共享 特定用途(LAN),研發難度大

經過比較輪證發現,USB作為近年出現的一種代表微機接口發展方向的新型總線規范,其便捷易用、速度快、可靠性高等特點,使之非常適合作為便攜式多道γ能譜儀的接口方式。目前大多數筆記本電腦一般都有兩個以下的USB端口,USB規范規定每個端口提供5V、500mA的電量,而筆記本電腦在實際應用時,通常是通過自帶鋰電池供電的,無法提供足夠的電量給外設,這時就會造成外設工作不正常,甚至使系統崩潰??紤]到本系統下位機部分功耗較大,因此供電方式使用外置電源。

筆者在吸收借鑒γ能譜測量技術最新研究成果的基礎上,進行了USB便攜式多道γ能譜儀的設計。本設計主要完成硬件、固件、設備驅動程序以及應用程序等的設計工作。

圖2

1 硬件設計

1.1 系統總線結構

圖1所示為USB便攜式多道γ能譜儀的總體結構框圖。下位機硬件部分主要由γ射線探測系統(探頭)、脈沖信號調理電路、數字電位器、多道脈沖幅度分析器、USB接口電路以及電源電路等構成,其中探頭部分包括閃爍探測器、前置電路和高壓電路等,多道脈沖幅度分析器主要包括峰值別電路、控制電路、A/D轉換電路以及微控制器系統等。上位機由筆記本電腦系統構成。

軟件部分由固件、設備驅動和應用程序組成。

1.2 USB接口電路
USB便攜式多道γ能譜儀的設計與實現
    由于USB本身的控制協議較為復雜,需要使用相應的USB接口芯片。本設計采用了Philips公司的USB接口芯片PDIUSBD12(簡稱D12),其優點是可以選擇合適的微控制器及其開發系統進行外設開發。

D12內部集成了串行輸入引擎(SIE)、320字節的多結構FIFO存儲器、收發器以及電壓調整器,支持DMA方式

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