基于SOPC的多通道脈沖計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、多通道脈沖計(jì)數(shù)器在天文學(xué)、物理學(xué)以及生物醫(yī)學(xué)等許多領(lǐng)域都有應(yīng)用。在許多傳統(tǒng)的多通道脈沖計(jì)數(shù)器系統(tǒng)中，控制模塊主要由MCU、DSP或FPGA/CPLD實(shí)現(xiàn)。采用MCU或DSP作為控制模塊，容易實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能，但是由于其程序運(yùn)行的不確定性難以實(shí)現(xiàn)精確定時(shí)。采用FPGA/CPLD容易實(shí)現(xiàn)精確定時(shí)，但是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能較難。針對(duì)這個(gè)問題，本文利用SOPC技術(shù)，在FPGA內(nèi)集成NiosII處理器作為控制模塊，使系統(tǒng)兼?zhèn)淞薓CU和FPGA的

2、優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)脈沖計(jì)數(shù)模塊也由FPGA實(shí)現(xiàn)。因?yàn)槊}沖計(jì)數(shù)模塊和控制模塊集成在一片F(xiàn)PGA內(nèi)部，增加了系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性，減小了系統(tǒng)的體積。上位機(jī)通過RS232發(fā)送命令來控制計(jì)數(shù)器系統(tǒng)，以及接收計(jì)數(shù)器系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。計(jì)數(shù)器系統(tǒng)可以選擇工作在周期重復(fù)計(jì)數(shù)模式或者實(shí)時(shí)顯示計(jì)數(shù)模式下，并且可以測(cè)量系統(tǒng)周圍環(huán)境的溫度和氣壓。本文的主要工作如下： (1)設(shè)計(jì)了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，并根據(jù)實(shí)際需要選擇芯片，搭建了系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。 (2)劃分了F

3、PGA內(nèi)部模塊：實(shí)現(xiàn)了多通道脈沖計(jì)數(shù)模塊，其輸出用格雷碼表示，避免了計(jì)數(shù)器系統(tǒng)工作在實(shí)時(shí)顯示計(jì)數(shù)模式下時(shí)，對(duì)跳變中的計(jì)數(shù)值采樣可能出錯(cuò)的問題；采用FPGA實(shí)現(xiàn)的定時(shí)模塊控制計(jì)數(shù)器系統(tǒng)的計(jì)數(shù)時(shí)間，定時(shí)精度高；設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的32位并行CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn)碼)計(jì)算模塊，用來計(jì)算脈沖計(jì)數(shù)模塊輸出結(jié)果的CRC碼，計(jì)算速度快。 (3)根據(jù)實(shí)際需要選擇外設(shè)，對(duì)外設(shè)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，構(gòu)建起SOPC硬件平臺(tái)，并生成了作為計(jì)數(shù)器系統(tǒng)控制模

4、塊的NiosII嵌入式處理器。 (4)設(shè)計(jì)了計(jì)數(shù)器系統(tǒng)應(yīng)用程序：制定了計(jì)數(shù)器系統(tǒng)與上位機(jī)的通信協(xié)議，通過校驗(yàn)與應(yīng)答重傳等機(jī)制，提高了通信的可靠性；設(shè)計(jì)了一種當(dāng)計(jì)數(shù)器系統(tǒng)工作在周期重復(fù)計(jì)數(shù)模式下時(shí)等待計(jì)數(shù)完成與發(fā)送數(shù)據(jù)并行的工作方式，利用等待計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)完成的時(shí)間讀取并發(fā)送實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提高了計(jì)數(shù)器系統(tǒng)的工作效率。 (5)對(duì)計(jì)數(shù)器系統(tǒng)進(jìn)行仿真和測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明計(jì)數(shù)器系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)，計(jì)數(shù)器系統(tǒng)定時(shí)精度較高，計(jì)數(shù)頻率達(dá)到了27