基于FPGA的数字化多道脉冲幅度分析器设计与实现

摘要

核能谱测量的方法广泛应用于资源勘探、航空航天、环境监测以及基础科学研究等领域中。多道脉冲幅度分析器作为构成核能谱检测系统的核心部件，对系统的性能起着至关重要的作用。伴随着技术的进步，以及高性能的A/D和信号处理器的出现，数字多道仪器因其在能量分辨率、稳定性等诸多方面的优势，逐渐取代传统的多道脉冲幅度分析器，成为发展的趋势。虽然国内的研究机构对数字多道进行了多年研究，但与国外的产品相比，还有较大差距。因此，进一步研究和设计出性能优越的数字多道脉冲幅度分析器，意义重大。　　本论文采用Actel公司的型号为A3P250的FPGA芯片（作为数字信号处理的核心单元）和AD公司的型号为AD9235的模数转换器（作为核脉冲的模数转换模块）的组合，作为数字多道脉冲幅度分析器的设计方案。在FPGA中完成了所有信号处理和控制外围器件相关的功能，包括：控制A/D采样，时钟分频，高斯成形，幅值提取，RAM的读写，谱线的生成，串口数据的传输及485转换芯片的控制等。为了保证数据的远距离稳定传输，采用了RS485通信方式进行仪器与上位机之间的传输，芯片采用LTC2850。上位机软件（包括：谱线分析软件，波形分析软件和SD码计算软件）采用VB6.0进行设计，其中串口通信功能通过MSComm控件的OnComm事件来实现。　　在将整个系统的软硬件系统实现之后，选用137CS，40K和232Th三种辐射源，对系统的能量分辨率、能量线性度和峰位漂移三项性能指标进行测定。实验数据表明，设计的数字多道脉冲幅度分析器的功能，达到预期目标。

目录

声明

1 引言

1.1选题背景与意义

1.2国内外现状

1.3主要研究内容

1.4章节安排

2理论分析

2.1数字多道原理

2.2核信号分析

2.3滤波成形算法分析

3系统总体方案

3.1总体方案说明

3.2探头模块

3.3 信号处理模块

3.4上位机软件部分

3.5系统的目标参数

4数字多道板硬件设计

4.1信号调理电路

4.2A/D转换电路

4.3 FPGA外围电路

4.4 RS485通信电路

4.5 电源电路

5 FPGA内核设计

5.1时钟分频模块

5.2串口模块

5.3采样控制模块

5.4高斯成形模块实现

5.5幅值提取模块

5.6 RAM模块

5.7谱线生成模块

5.8主控制模块

6上位机软件设计

6.1能谱分析软件

6.2波形分析软件

6.3 SD码计算软件

7系统性能测试

7.1能量分辨率

7.2能量线性

7.3谱峰稳定性

总结与展望

致谢

参考文献

附录

附录A 系统硬件

附录B FPGA相关

附录C 实测的核脉冲信号