【摘要】：核輻射對(duì)現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展具有十分重大的作用,在醫(yī)學(xué)核磁共振、宇宙空間探測(cè)、工業(yè)無(wú)損檢測(cè)、國(guó)家安防等方面應(yīng)用廣泛。雖然核輻射無(wú)處不在,但是人類(lèi)無(wú)法直接感知。目前實(shí)驗(yàn)室用的核脈沖信號(hào)主要是利用放射源加探測(cè)器來(lái)得到。但核輻射具有放射性,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能因?yàn)椴恍⌒慕佑|造成人員健康傷害。而且核探測(cè)器成本高昂,容易損壞。同時(shí)現(xiàn)有的仿核脈沖信號(hào)發(fā)生器還處于前期研究階段,相應(yīng)的產(chǎn)品較少。為從根本上解決上述問(wèn)題,本課題設(shè)計(jì)了一種基于FPGA+C#的仿核脈沖信號(hào)發(fā)生器。系統(tǒng)能夠產(chǎn)生9種仿核脈沖信號(hào),且實(shí)現(xiàn)方法比較簡(jiǎn)單,使用資源較少,成本較低。該系統(tǒng)為后續(xù)性能更加強(qiáng)大,功能更加完善的仿核脈沖信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)打下一定基礎(chǔ)。仿核脈沖幅度系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是:首先利用C#和MATLAB混合編程產(chǎn)生基于函數(shù)表達(dá)式的標(biāo)準(zhǔn)高斯脈沖波形數(shù)據(jù)。然后通過(guò)Cypress公司的cy7c68013a芯片實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)的通信,將標(biāo)準(zhǔn)高斯脈沖波形數(shù)據(jù)和核素選擇參數(shù)發(fā)送給FPGA。USB芯片工作除了需要芯片本身、USB驅(qū)動(dòng)程序還需要USB固件程序。要實(shí)現(xiàn)USB數(shù)據(jù)傳輸控制就需要在USB固件程序中配置USB寄存器。FPGA是采用Altera公司颶風(fēng)4代系列芯片EP4CE10F17C8N。FPGA部分電路設(shè)計(jì)主要有USB通信控制模塊、高斯脈沖波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生模塊、特征譜高斯脈沖生成模塊。所有的FPGA模塊都用Quartus II 13.1軟件內(nèi)嵌的邏輯分析儀進(jìn)行了時(shí)序驗(yàn)證。仿核脈沖寬度系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是:該系統(tǒng)是直接基于FPGA實(shí)現(xiàn)的,不涉及上位機(jī)和USB通信,核脈沖選擇是通過(guò)矩陣按鍵實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)FPGA數(shù)字電路主要包含隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生模塊、按鍵掃描模塊、特征譜高斯脈沖生成模塊、脈沖寬度轉(zhuǎn)換模塊。時(shí)序驗(yàn)證方法與仿核脈沖幅度系統(tǒng)相同。實(shí)驗(yàn)部分,首先仿核脈沖幅度系統(tǒng)采用~(22)Na、~(133)Ba、~(241)Am、~(137)Cs四種核素進(jìn)行性能測(cè)試。通過(guò)示波器觀(guān)察高斯脈沖形狀,利用多道脈沖信號(hào)分析儀測(cè)試能譜特征譜線(xiàn)能量分辨率、穩(wěn)定性,結(jié)果表明該仿核脈沖信號(hào)系統(tǒng)能夠產(chǎn)生模擬核素特征譜線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)高斯脈沖,且穩(wěn)定性良好。仿核脈沖寬度系統(tǒng)也是采用~(22)Na、~(133)Ba、~(241)Am、~(137)Cs四種核素進(jìn)行性能測(cè)試,結(jié)果表明輸出脈沖寬度與對(duì)應(yīng)的核素主要光子能量成比例,各種核素輸出脈沖寬度個(gè)數(shù)與對(duì)應(yīng)的核素特征譜線(xiàn)對(duì)應(yīng)。
【圖文】：

a b圖 1.1 先進(jìn)信號(hào)發(fā)生器 a： AWG70000 信號(hào)發(fā)生器 b：M8190A 信號(hào)發(fā)生器Fig.1.1 Diagram of advanced signal generatora：AWG70000 signal generator b：M8190A signal generator雖然目前市場(chǎng)上已有性能極好的 DDS 芯片和信號(hào)發(fā)生器，但是它們價(jià)格都十分昂貴，因此目前國(guó)內(nèi)普遍的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)并沒(méi)有直接以 DDS 芯片為基礎(chǔ)來(lái)制作而是采用成本較低的設(shè)計(jì)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨著數(shù)字信號(hào)處理（DSP）、高級(jí)精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（ARM）、FPGA 等微處理器功能逐漸強(qiáng)大，工作頻率高達(dá)幾百兆赫茲，也可以實(shí)現(xiàn)高速 DDS。因此可以使用這些微處理器來(lái)替代高成本的 DDS 芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)發(fā)生器。如使用增量總和調(diào)制信號(hào)的直接數(shù)字合成[16]，基于 Labview 和FPGA 的 DDS 信號(hào)發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)[17]，基于 Labview+Nios II 架構(gòu)的任意波形發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)[18]，基于 MATLAB GUI、DSP 等脈沖信號(hào)發(fā)生器實(shí)現(xiàn)[19-21]等等。1.2.2 專(zhuān)用信號(hào)發(fā)生器隨著數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的迅猛發(fā)展，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，信號(hào)發(fā)生器也開(kāi)始向

圖 1.2 儀器框圖Fig. 1.2 Block diagram of the instrument工業(yè)方面，由于自然能源對(duì)電力生產(chǎn)的限制，包括對(duì)可再生能源的大量利用，為了保證配電系統(tǒng)有效運(yùn)行，設(shè)計(jì)了電能質(zhì)量信號(hào)發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生配電系統(tǒng)中各種電能質(zhì)量（PQ）擾動(dòng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試信號(hào)[24]。如圖 1.3 所示，該系統(tǒng)是按照歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50160 產(chǎn)生電能質(zhì)量擾動(dòng)。系統(tǒng)分為兩個(gè)部分： LabView 軟件設(shè)計(jì)的上位機(jī)用于產(chǎn)生電壓波形，，硬件電路部分實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和信號(hào)放大。其中，軟件部分用于制定信號(hào)幅值和頻率值，最終測(cè)試序列采樣率和持續(xù)時(shí)間，高斯噪聲，標(biāo)稱(chēng)信號(hào)頻率和慢幅波動(dòng)等一系列參數(shù)設(shè)置。還有用于運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的參考脈沖發(fā)生器[25]。該信號(hào)發(fā)生器主要用于控制數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)方式是在 DSP 中進(jìn)行插值運(yùn)算，在 FPGA 中實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的脈沖發(fā)生器模塊，這樣能夠產(chǎn)生精確的參考速率從而消除參考脈沖的路徑誤差。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TL81

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 宋文愷;;基于DSP的脈沖信號(hào)發(fā)生器[J];計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò);2015年07期

2 劉兵;高博;龔敏;張杰;;基于六線(xiàn)逼近法的DDFS算法的實(shí)現(xiàn)[J];電子器件;2015年01期

3 王紅印;周建斌;周偉;王雪;盧圣才;李建;;基于蒙特卡羅的核脈沖信號(hào)模擬[J];中國(guó)測(cè)試;2013年03期

4 江家友;陳志豪;;任意形狀的脈沖信號(hào)發(fā)生器的研制[J];核技術(shù);2011年04期

5 李志剛;廖冬初;;DDS在衛(wèi)星定時(shí)基準(zhǔn)源中的應(yīng)用[J];微計(jì)算機(jī)信息;2008年26期

6 楊艾兵;張錫恩;郭利;;基于虛擬儀器的脈沖信號(hào)發(fā)生器[J];工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置;2008年02期

7 林青松;王應(yīng)麗;;基于Nios II與LabVIEW的任意波形發(fā)生器實(shí)現(xiàn)[J];電子技術(shù)應(yīng)用;2007年08期

本文編號(hào)：2612702