基于FPGA的小型γ成像仪器的设计
发布时间：2021-05-15 10:51
核技术已经广泛应用于人们的生活当中，核素的利用也融入到人们的日常生活中。核素的利用在给人们带来了很多便利的同时，也给人们的身体健康带来了很多的危害。人们的生存环境中有了越来越多核素辐射，如何快速检测出环境的中的核素辐射强度与位置，保证人们的生活环境的安全，成为现在辐射检测的热点。伽玛成像仪器即是一款核素检测仪器，该类仪器种类繁多，主要有医用伽玛成像仪器和环境探测伽玛成像仪器等。本文主要论述的是基于FPGA的小型环境探测伽玛成像数据采集系统。由于本次探测的要求是256个通道，根据核信号的随机性，各个通道的数据可能同时到来，所以在选取采集信号的芯片时，选择了FPGA，这是因为FPGA技术已经广泛应用于高速的信号采集系统之中，并且它有并行运行的优点，能够对256个通道的信号进行同时采集。通常情况下，我们对核脉冲的采集都是将探测器输出的核脉冲信号经过前置放大电路和主放大电路放大后，用高速ADC去采集，然而本设计为了简化电路、降低成本，在能够实现探测要求的前提下，提出一个参考电压的设计思想，即不再用ADC直接去采集核脉冲，而是用一个比较电压与前置放大电路输出的核脉冲信号进行比较，将比较后的脉冲直...
【文章来源】：成都理工大学四川省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 研究意义及选题依据
1.2 国内外发展历史及研究现状
1.3 文章主要内容及章节安排
第2章 γ射线测量的理论基础
2.1 γ射线的产生
2.2 γ射线与物质的相互作用
2.3 γ能谱测量的原理
第3章 主要器件的选择及选择依据
3.1 前端探测器的选择
3.2 FPGA 的选择
3.2.0 FPGA 的结构特点及优点
3.2.1 FPGA 的发展前景
3.2.2 FPGA 的芯片选择
3.3 单片机的选择
3.3.1 STM32 系列微控制器介绍
3.3.2 STM32 系列微控制器系统功能
第4章 总体方案设计
4.1 系统设计概述
4.2 系统总体设计框图
第5章 硬件电路设计
5.1 电源电路
5.1.1 数字电源（±5V）
5.1.2 数字电源
5.2 前置放大电路
5.3 比较电路设计
5.4 FPGA 外围电路设计
5.4.1 FPGA 时钟电路
5.4.2 FPGA 程序下载接口
5.4.3 FPGA 配置芯片电路设计
5.5 STM32 外围电路设计
第6章 FPGA 逻辑设计
6.1 时钟产生模块
6.2 脉冲边沿检测模块
6.3 数据采集模块总述
6.3.1 数据通道划分
6.3.2 ram 写控制模块
6.3.3 ram 读控制
6.3.4 FIFO 控制模块
6.3.5 SPI 数据传输控制模块
6.3.6 SPI 数据接收控制
6.3.7 SPI 数据发送控制
第7章 STM32 软件设计
7.1 CAN 总线
7.1.1 CAN 总线的概念和特点
7.1.2 CAN 协议
7.1.3 CAN 总线的特点及优点
7.1.4 CAN 总线通信的实现方案
7.1.5 CAN 总线初始化
7.2 SPI 数据传输
第8章 上位机软件设计
8.1 系统采集数据与计算机的通信
8.2 上位机数据显示
第9章 系统测试
结论
致谢
参考文献
攻读学位期间取得学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种核应急用γ相机的灵敏度测量和分析[J]. 宋凤军,雷家荣,曹文,李忠宝,谢红卫. 核电子学与探测技术. 2012(03)
[2]基于FPGA芯片的伽马能谱数据采集系统的研制[J]. 张建军,李晓明,刘旭然,付广,卢进. 核电子学与探测技术. 2011(08)
[3]基于FPGA和NIOS的嵌入式系统设计[J]. 李伟,张春晖. 大众科技. 2008(01)
[4]基于LABVIEW和数字多道脉冲幅度分析器的γ能谱分析软件的开发[J]. 蔡顺燕,庹先国,高嵩,詹鹏. 核电子学与探测技术. 2007(05)
[5]传统γ相机数字化采集软硬件系统[J]. 张冲,金永杰. 核电子学与探测技术. 2006(01)
[6]USB接口技术在核谱测量系统中的应用研究[J]. 周建斌,黄锦华. 核电子学与探测技术. 2004(05)
[7]基于VHDL的I2C总线控制核设计[J]. 盛磊,徐科军. 单片机与嵌入式系统应用. 2004(05)
[8]医学影像物理和技术[J]. 包尚联,张怀嶺. 中国医学影像技术. 2004(01)
[9]野外多道伽马能谱测量在核环境地质评价中的应用[J]. 方方,李宽良,侯新生,吴允平,王小琴,祖秀兰. 物探与化探. 2000(01)
[10]数／模转换器MAX531及其应用[J]. 曹茂永,刘明,谢力华. 电测与仪表. 1996(06)
博士论文
[1]基于数字高斯成形技术的X荧光谱仪的研制[D]. 周伟.成都理工大学 2011
硕士论文
[1]基于FPGA的除法器的设计和实现[D]. 安然.成都理工大学 2011
[2]基于FPGA的图像采集处理系统设计与实现[D]. 姜华.大连海事大学 2009
[3]基于FPGA的视频图像处理系统[D]. 杨宁.大连海事大学 2008
[4]γ相机智能化探头及其运动控制系统的研究[D]. 刘洋.郑州大学 2005
本文编号：3187505
【文章来源】：成都理工大学四川省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 研究意义及选题依据
1.2 国内外发展历史及研究现状
1.3 文章主要内容及章节安排
第2章 γ射线测量的理论基础
2.1 γ射线的产生
2.2 γ射线与物质的相互作用
2.3 γ能谱测量的原理
第3章 主要器件的选择及选择依据
3.1 前端探测器的选择
3.2 FPGA 的选择
3.2.0 FPGA 的结构特点及优点
3.2.1 FPGA 的发展前景
3.2.2 FPGA 的芯片选择
3.3 单片机的选择
3.3.1 STM32 系列微控制器介绍
3.3.2 STM32 系列微控制器系统功能
第4章 总体方案设计
4.1 系统设计概述
4.2 系统总体设计框图
第5章 硬件电路设计
5.1 电源电路
5.1.1 数字电源（±5V）
5.1.2 数字电源
5.2 前置放大电路
5.3 比较电路设计
5.4 FPGA 外围电路设计
5.4.1 FPGA 时钟电路
5.4.2 FPGA 程序下载接口
5.4.3 FPGA 配置芯片电路设计
5.5 STM32 外围电路设计
第6章 FPGA 逻辑设计
6.1 时钟产生模块
6.2 脉冲边沿检测模块
6.3 数据采集模块总述
6.3.1 数据通道划分
6.3.2 ram 写控制模块
6.3.3 ram 读控制
6.3.4 FIFO 控制模块
6.3.5 SPI 数据传输控制模块
6.3.6 SPI 数据接收控制
6.3.7 SPI 数据发送控制
第7章 STM32 软件设计
7.1 CAN 总线
7.1.1 CAN 总线的概念和特点
7.1.2 CAN 协议
7.1.3 CAN 总线的特点及优点
7.1.4 CAN 总线通信的实现方案
7.1.5 CAN 总线初始化
7.2 SPI 数据传输
第8章 上位机软件设计
8.1 系统采集数据与计算机的通信
8.2 上位机数据显示
第9章 系统测试
结论
致谢
参考文献
攻读学位期间取得学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种核应急用γ相机的灵敏度测量和分析[J]. 宋凤军,雷家荣,曹文,李忠宝,谢红卫. 核电子学与探测技术. 2012(03)
[2]基于FPGA芯片的伽马能谱数据采集系统的研制[J]. 张建军,李晓明,刘旭然,付广,卢进. 核电子学与探测技术. 2011(08)
[3]基于FPGA和NIOS的嵌入式系统设计[J]. 李伟,张春晖. 大众科技. 2008(01)
[4]基于LABVIEW和数字多道脉冲幅度分析器的γ能谱分析软件的开发[J]. 蔡顺燕,庹先国,高嵩,詹鹏. 核电子学与探测技术. 2007(05)
[5]传统γ相机数字化采集软硬件系统[J]. 张冲,金永杰. 核电子学与探测技术. 2006(01)
[6]USB接口技术在核谱测量系统中的应用研究[J]. 周建斌,黄锦华. 核电子学与探测技术. 2004(05)
[7]基于VHDL的I2C总线控制核设计[J]. 盛磊,徐科军. 单片机与嵌入式系统应用. 2004(05)
[8]医学影像物理和技术[J]. 包尚联,张怀嶺. 中国医学影像技术. 2004(01)
[9]野外多道伽马能谱测量在核环境地质评价中的应用[J]. 方方,李宽良,侯新生,吴允平,王小琴,祖秀兰. 物探与化探. 2000(01)
[10]数／模转换器MAX531及其应用[J]. 曹茂永,刘明,谢力华. 电测与仪表. 1996(06)
博士论文
[1]基于数字高斯成形技术的X荧光谱仪的研制[D]. 周伟.成都理工大学 2011
硕士论文
[1]基于FPGA的除法器的设计和实现[D]. 安然.成都理工大学 2011
[2]基于FPGA的图像采集处理系统设计与实现[D]. 姜华.大连海事大学 2009
[3]基于FPGA的视频图像处理系统[D]. 杨宁.大连海事大学 2008
[4]γ相机智能化探头及其运动控制系统的研究[D]. 刘洋.郑州大学 2005
本文编号：3187505
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3187505.html
