基于LPC1764多道脉冲幅度分析器电路设计.doc

基于LPC1764多道脉冲幅度分析器电路设计 　　摘 要： 为解决核辐射测量的实时性问题，设计了基于ARM Cortex?M3内核的LPC1764处理器、CPLD和高速A/D转换等芯片构造多道脉冲幅度分析器的电路系统，该系统使用CPLD对高速A/D转换数据进行处理，实现脉冲甄别和寻峰；使用LPC1764实现分类计数和统计并将结果通过USB上传到计算机。实际测试结果表明，各项测量数据达到了设计指标的要求，能够满足高速实时测量的需求。 　　关键词： 脉冲幅度分析器； CPLD； ARM； 实时测量 　　中图分类号： TN79+2?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）15?0157?03 　　Circuit design of multi?channel pulse amplitude analyzer based on LPC1764 　　YAO Can 　　（School of Automation Engineering， UESTC， Chengdu 610000， China） 　　Abstract： In order to solve the real?time problems of nuclear radiation detection， a circuit system of multichannel pulse amplitude analyzer is designed， which is composed of ARM Cortex?M3 kernel based processor LPC1764， CPLD and high?speed A/D conversion chip. CPLD is used in the system to process the high?speed A/D data to achieve pulse screening and peak searching. LPC1764 is adopted to realize differential count and statistics， and upload the results to the computer by USB. The actual test results show that the measured data can meet the design requirements and high?speed real?time measurement demand. 　　Keywords： pulse amplitude analyzer； CPLD； ARM； real?time measurement 　　0 引 言 　　在核辐射测量中，核辐射探测器输出的脉冲信号幅度和入射粒子的能量成正比关系，通过测脉冲信号的幅度就可以知道入射射线的能量。多道脉冲幅度分析器的基本原理是将脉冲幅度范围平均分成[n]（多道脉冲幅度分析器的道数）个幅度间隔，通过将模拟脉冲信号转化成与其幅度对应的数字量，对落在各个幅度间隔内的脉冲分别计数，经过一段时间的累积，就可得到核辐射探测器输出的脉冲幅度的分布曲线。 　　目前多道脉冲幅度分析器实现方法多种多样[1?5]，本文介绍一种基于直接采样分析脉冲波形的多道技术的实现方法，该方法使用基于第二代 ARM Cortex?M3内核的LPC1764处理器[6?7]与CPLD相结合控制A/D采样、脉冲幅度甄别和计数等工作，并通过USB 2.0接口将测量结果上传到计算机进??显示。该方法采用12位高精度高速A/D转换芯片，采样速率40 MHz，由于充分利用了CPLD的功能，该方法具有分析速度快、精度高、没有分析死区等特点，而且使用的芯片少、体积小、可靠性高、性价比高。 　　1 多道脉冲幅度分析器的总体设计 　　多道脉冲幅度分析器的总体结构如图1所示。 　　 　　图1 多道脉冲幅度分析器的总体结构 　　核探测器探测到辐射信号后输出相应的脉冲信号，由于探测器输出的脉冲信号并不是理想的指数信号，而是存在信号堆积、过零下冲、随机噪声等现象，需经模拟前端进行模拟处理，包括信号滤波、极?零相消、积分成形、剔除干扰、抑制噪声、放大等。经模拟前端处理后的信号经A/D转换电路转换成波形数据交给CPLD完成脉冲的甄别和寻峰处理，再通知单片机获取峰值数据，根据峰值进行分类计数。经过一段时间积累后将分类统计的结果通过USB接口上传到计算机进行能谱显示和分析处理。 　　多道脉冲幅度分析器的设计包括硬件设计和软件设计，其中硬件设计包括模拟前端、A/D转换电路、CPLD电路、单片机电路、USB接口电路和电源电路的设计；软件包括CPLD程序、单片机程序和计算机