有害射線監(jiān)測(cè)器設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</b></p><p><b>　　有害射線監(jiān)測(cè)器設(shè)計(jì)</b></p><p>　　學(xué)院(系) 電氣工程學(xué)院 </p><p>　　年級(jí)專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p><b>　　學(xué)生姓名 </b><

2、/p><p>　　指導(dǎo)教師 xx 教授 </p><p>　　答辯日期 2006年6月22日 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　學(xué)院：電氣工程學(xué)院 系級(jí)教學(xué)單位：電力工程系</p><p>　　說明：如計(jì)算機(jī)輸入，表題黑體小三號(hào)字，內(nèi)

3、容五號(hào)字。本任務(wù)書一式二份，教師、學(xué)生各執(zhí)一份。</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　環(huán)境放射性監(jiān)測(cè)是環(huán)保工作中的一項(xiàng)重要任務(wù)，尤其在當(dāng)今世界，原子能工業(yè)迅速發(fā)展，放射性物質(zhì)在醫(yī)學(xué)、國防、航天、科研、民用等領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，有可能使環(huán)境中的放射性水平超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)成放射性污染，危害人體和生物，為此，有必要對(duì)環(huán)境中的放射性物質(zhì)進(jìn)行經(jīng)常性的

4、檢測(cè)。</p><p>　　放射性檢測(cè)儀器種類很多，它的基本原理基于射線與物質(zhì)間相互作用所產(chǎn)生的各種效應(yīng)。目前最常用的檢測(cè)器有三類，即電離型檢測(cè)器、閃爍檢測(cè)器和半導(dǎo)體檢測(cè)器。</p><p>　　本文設(shè)計(jì)了一種基于MSP430單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的有害射線監(jiān)測(cè)器。本儀器具有數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)顯示、閾值設(shè)定、通訊、越限報(bào)警等主要功能。在系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中，對(duì)主要硬件MSP430F4250單片機(jī)及其外圍電路進(jìn)

5、行了詳細(xì)的論述。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)碼顯示、鍵盤、參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)通訊等程序，運(yùn)用IAR公司為MSP430系列單片機(jī)開發(fā)的C430集成開發(fā)環(huán)境和C語言調(diào)試器作為程序開發(fā)工具完成了軟件的調(diào)試。</p><p>　　關(guān)鍵詞 環(huán)境監(jiān)測(cè)；放射性監(jiān)測(cè)；有害射線監(jiān)測(cè)；單片機(jī)控制；MSP430</p><p><b>　　Abstract</b></p>&l

6、t;p>　　The environment radio monitor is an important mission in the environmental protection work,particularly in nowadays world,the atomic industry develops quickly,the radio material’s application in the medical scie

7、nce,national defense,aerospace,research,public etc.The realm have extend continuously,make probably the radio level in the environment exceed provision standard,constitute radioactive contamination,endanger the human bod

8、y and living creature.Therefor,the radio material that has a necessit</p><p>　　There are a lot of radio examination instrument category,its basic principle according to occur various effect that between the

9、radial and the material interaction.The most in common use detector has three currently,then the ionization detector,the flicker detector and the semi-conductor detector.</p><p>　　This text design a kind of

10、according to MSP430 chip microprocessor carry out of harmful radial monitor machine.This instrument has main function of data collection,real time show,limen value enactment,communication,over limit to give an alarm etc.

11、The text makes detailed represent towards hardware that includes MSP430F4250 chip microprocessor and peripheral circuit. systemic.The software design of the system includes program of data collection,the number display,k

12、eyboard,the parameter enactment,t</p><p>　　Keywords Environment monitor; Radioactivity monitor; Harmful radial monitor; Chip microprocessor control;MSP430</p><p><b>　　目 錄</b></p

13、><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.1.1 環(huán)境監(jiān)測(cè)的概念及其發(fā)展1</p><p>

14、;　　1.1.2 我國環(huán)境監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2 環(huán)境放射性監(jiān)測(cè)4</p><p>　　1.2.1 基礎(chǔ)知識(shí)4</p><p>　　1.2.2 環(huán)境中放射性的來源和危害4</p><p>　　1.2.3 監(jiān)測(cè)對(duì)象及方法5</p><p>　　1.3 本設(shè)計(jì)的任務(wù)、內(nèi)容和要求6</p&

15、gt;<p>　　第2章 放射性檢測(cè)儀器原理7</p><p>　　2.1 放射性檢測(cè)儀器基本原理7</p><p>　　2.2 電離型檢測(cè)器7</p><p>　　2.2.1 電流電離室8</p><p>　　2.2.2 正比計(jì)數(shù)管8</p><p>　　2.2.3 蓋革(GM)計(jì)數(shù)管8&l

16、t;/p><p>　　2.3 閃爍檢測(cè)器9</p><p>　　2.4 半導(dǎo)體檢測(cè)器10</p><p>　　2.5 本章小結(jié)10</p><p>　　第3章 MSP430單片機(jī)原理11</p><p><b>　　3.1 概述11</b></p><p>　　3.1

17、.1 單片機(jī)的概念及特點(diǎn)11</p><p>　　3.1.2 MSP430系列單片機(jī)11</p><p>　　3.2 MSP430單片機(jī)結(jié)構(gòu)13</p><p>　　3.2.1 MSP430結(jié)構(gòu)概述13</p><p>　　3.2.2 MSP430CPU結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)14</p><p>　　3.2.3 MSP4

18、30存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和地址空間14</p><p>　　3.3 本章小結(jié)16</p><p>　　第4章 有害射線監(jiān)測(cè)器的硬件設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.1 硬件原理框圖17</p><p>　　4.2 MSP430F4250簡(jiǎn)介17</p><p>　　4.3 I/O端口20</p><

19、;p>　　4.3.1 端口P1和P220</p><p>　　4.3.2 端口P5和P622</p><p>　　4.4 定時(shí)器23</p><p>　　4.4.1 看門狗定時(shí)器(WDT)23</p><p>　　4.4.2 16位定時(shí)器A(Timer_A)24</p><p>　　4.5 液晶顯示2

20、7</p><p>　　4.5.1 段式LCD的基本原理27</p><p>　　4.5.2 MSP430液晶驅(qū)動(dòng)模塊27</p><p>　　4.6 鍵盤功能28</p><p>　　4.7 串行通信29</p><p>　　4.8 本章小結(jié)30</p><p>　　第5章 有害射線

21、監(jiān)測(cè)器的軟件設(shè)計(jì)31</p><p>　　5.1 MSP430 C語言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)31</p><p>　　5.2 脈沖計(jì)數(shù)程序設(shè)計(jì)32</p><p>　　5.3 鍵盤程序設(shè)計(jì)33</p><p>　　5.4 通訊程序設(shè)計(jì)34</p><p>　　5.5 定時(shí)器程序設(shè)計(jì)35</p><

22、p>　　5.6 本章小結(jié)36</p><p><b>　　結(jié) 論37</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)38</b></p><p><b>　　附錄139</b></p><p><b>　　附錄253</b></p>

23、;<p><b>　　致謝68</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　1.1.1 環(huán)境監(jiān)測(cè)的概念及其發(fā)展</p><p><b>　　一、環(huán)境監(jiān)測(cè)的概念<

24、;/b></p><p>　　環(huán)境監(jiān)測(cè)是環(huán)境科學(xué)的一個(gè)重要分支，是環(huán)境科學(xué)的工具、手段?！氨O(jiān)測(cè)”從廣義上講，是為了追蹤污染物種類、濃度的變化在一定時(shí)期內(nèi)對(duì)污染進(jìn)行重復(fù)測(cè)定；從狹義上講，是為了判斷是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)或評(píng)價(jià)環(huán)境管理和控制環(huán)境系統(tǒng)的效果，對(duì)污染物進(jìn)行定期測(cè)定。所以，環(huán)境監(jiān)測(cè)是間斷或者連續(xù)地測(cè)定環(huán)境中污染物的種類、濃度、觀察分析其變化和對(duì)環(huán)境影響的過程。</p><p>　　隨著工

25、農(nóng)業(yè)的發(fā)展，環(huán)境污染問題不斷出現(xiàn)，使環(huán)境監(jiān)測(cè)內(nèi)涵擴(kuò)大了。除現(xiàn)有污染物的監(jiān)測(cè)外，還應(yīng)有生物的、生態(tài)的監(jiān)測(cè)，還應(yīng)有其他的監(jiān)測(cè)，所以，環(huán)境監(jiān)測(cè)又可以表示為用科學(xué)的方法監(jiān)測(cè)和測(cè)定代表環(huán)境質(zhì)量及發(fā)展變化趨勢(shì)的各種數(shù)據(jù)的全過程。</p><p>　　環(huán)境監(jiān)測(cè)的全過程是發(fā)現(xiàn)問題，按標(biāo)準(zhǔn)制定監(jiān)測(cè)方案，采集樣品，處理樣品，按標(biāo)準(zhǔn)分析方法進(jìn)行分析測(cè)試，數(shù)據(jù)處理，按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，提出環(huán)境保護(hù)意見等等[1]。</p>

26、<p><b>　　二、環(huán)境監(jiān)測(cè)的發(fā)展</b></p><p>　　環(huán)境污染雖然自古就有，但環(huán)境科學(xué)作為一門學(xué)科是在二十世紀(jì)50年代才開始發(fā)展起來的，最初危害較大的環(huán)境污染事件主要是由于化學(xué)毒物所造成的，因此，對(duì)環(huán)境樣品進(jìn)行化學(xué)分析以確定其組成和含量的環(huán)境分析就產(chǎn)生了。由于環(huán)境污染物通常處于痕量級(jí)(ppm、ppb)甚至更低，并且基體復(fù)雜，流動(dòng)性變異性大，又涉及空間分布及變化，所

27、以對(duì)分析的靈敏度、準(zhǔn)確度、分辨率和分析速度等提出了很高要求。因此，環(huán)境分析實(shí)際上是分析化學(xué)的發(fā)展。這一階段稱之為污染監(jiān)測(cè)階段或被動(dòng)監(jiān)測(cè)階段。</p><p>　　到了70年代，隨著科學(xué)的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識(shí)到影響環(huán)境質(zhì)量的因素不僅是化學(xué)因素，還有物理因素，例如噪聲、光、熱、電磁輻射、放射性等。所以用生物(動(dòng)物、植物)的生態(tài)、群落、受害癥狀等的變化作為判斷環(huán)境質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)更為確切可靠。此外，某一化學(xué)毒物的含量僅是影響環(huán)

28、境質(zhì)量的因素之一，環(huán)境中各種污染物之間、污染物與其他物質(zhì)、其他因素之間還存在著相加和拮抗作用。所以環(huán)境分析只是環(huán)境監(jiān)測(cè)的一部分。環(huán)境監(jiān)測(cè)的手段除了化學(xué)的、還有物理的、生物的等等。同時(shí)，從點(diǎn)污染的監(jiān)測(cè)發(fā)展到面污染及其區(qū)域性的監(jiān)測(cè)，這一階段稱之為環(huán)境監(jiān)測(cè)階段，也稱為主動(dòng)監(jiān)測(cè)或目的的監(jiān)測(cè)階段。</p><p>　　監(jiān)測(cè)手段和監(jiān)測(cè)范圍的擴(kuò)大，雖然能夠說明區(qū)域性的環(huán)境質(zhì)量，但由于受采樣手段、采樣頻率、采樣數(shù)量、分析速度、數(shù)

29、據(jù)處理速度等限制，仍不能及時(shí)地監(jiān)視環(huán)境質(zhì)量變化，預(yù)測(cè)變化趨勢(shì)，更不能根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)布采取應(yīng)急措施的指令。80年代初，發(fā)達(dá)國家相繼建立了自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并使用了遙感、遙測(cè)手段，監(jiān)測(cè)儀器用電子計(jì)算機(jī)遙控，數(shù)據(jù)用有線或無線傳輸?shù)姆绞剿偷奖O(jiān)測(cè)中心控制室，經(jīng)電子計(jì)算機(jī)處理，可自動(dòng)打印成指定的表格，畫成污染態(tài)勢(shì)、濃度分布?？梢栽跇O短時(shí)間內(nèi)觀察到空氣、水體污染濃度變化、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)未來環(huán)境質(zhì)量。當(dāng)污染程度接近或超過環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可發(fā)布指令、通告并采取保護(hù)

30、措施。這一階段稱為污染防治監(jiān)測(cè)階段或自動(dòng)監(jiān)測(cè)階段。</p><p>　　目前，環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展主要集中在：</p><p>　　(1) 以現(xiàn)場(chǎng)人工采樣和實(shí)驗(yàn)室分析為主向多參數(shù)網(wǎng)絡(luò)在線、多功能自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方向發(fā)展；</p><p>　　(2) 環(huán)境樣品預(yù)處理技術(shù)由手工單樣品處理向在線自動(dòng)化和批量化處理方向發(fā)展；</p><p>　　(3) 由較

31、窄領(lǐng)域的局部監(jiān)測(cè)、單純的地面環(huán)境監(jiān)測(cè)向全方位領(lǐng)域監(jiān)測(cè)和與遙感環(huán)境監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方向發(fā)展；</p><p>　　(4) 野外和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器將向便攜式、小型化方向發(fā)展；</p><p>　　(5) 環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器向物理、化學(xué)、生物、電子、光學(xué)等技術(shù)綜合應(yīng)用的高技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展；</p><p>　　(6) 環(huán)境監(jiān)測(cè)方法的綜合性、靈敏性和多功能性日益增強(qiáng)，方法檢測(cè)限越來越低。

32、</p><p>　　1.1.2 我國環(huán)境監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀</p><p>　　我國從70年代開始逐步建立了中央、省、地市、縣區(qū)的四級(jí)監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)，制定了各種監(jiān)測(cè)管理制度。由環(huán)保部門和其他部門的有關(guān)單位開發(fā)研制了100多種環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為實(shí)驗(yàn)室質(zhì)控提供了保證。開展了優(yōu)化布點(diǎn)，統(tǒng)一監(jiān)測(cè)的方法，進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，實(shí)行分析人員上崗合格證制，創(chuàng)建和評(píng)選了國家和省級(jí)優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)室，編輯出版了質(zhì)量保證手冊(cè)，從而保證了監(jiān)測(cè)

33、工作質(zhì)量，達(dá)到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、精密性、代表性、可比性、完整性的QA目標(biāo)?；拘纬闪藦谋O(jiān)測(cè)點(diǎn)位優(yōu)化、樣品的采集與輸送，實(shí)驗(yàn)室分析到數(shù)據(jù)處理、報(bào)告的綜合編寫等全過程的監(jiān)測(cè)質(zhì)量保證體系。</p><p>　　我國制定并頒布實(shí)施了環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范及有關(guān)的技術(shù)管理規(guī)定，使環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)管理走上了規(guī)范化的軌道，全國監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以開展水、氣、渣、土壤、生物、噪聲、放射性等要素200多個(gè)項(xiàng)目的環(huán)境質(zhì)量和污染源監(jiān)測(cè)，還可以承擔(dān)較復(fù)雜

34、的環(huán)境問題調(diào)查，各級(jí)監(jiān)測(cè)站獲獎(jiǎng)科研項(xiàng)目1800多項(xiàng)，其中有環(huán)境背景值、工業(yè)污染源、酸雨、和農(nóng)藥污染調(diào)查等大型課題，更多的則是實(shí)用監(jiān)測(cè)技術(shù)。內(nèi)容涉及優(yōu)化布點(diǎn)、分析方法、儀器設(shè)備、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)以及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的開發(fā)研究等。</p><p>　　“八五”第一年，我們就通過優(yōu)化篩選建立了由200個(gè)站組成的“國家環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)”(簡(jiǎn)稱“國控網(wǎng)”)。1992年由國家環(huán)保局會(huì)同各有關(guān)部門組建了由27個(gè)部門的54個(gè)環(huán)境監(jiān)

35、測(cè)站組成的“國家環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)”。根據(jù)加強(qiáng)流域環(huán)境管理的需要，1994年以來，分別組建了“長江暨三峽生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)”、“淮河流域環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)”、“太湖流域環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)”和“近岸海域環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)”。這些跨行政區(qū)劃的專業(yè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的建立，開始打破了單純以行政區(qū)劃分為單元的環(huán)境監(jiān)測(cè)管理體制，適應(yīng)了流域環(huán)境管理提供決策依據(jù)。</p><p>　　目前，全國共有專業(yè)、行業(yè)監(jiān)測(cè)站4800多個(gè)，其中環(huán)保系統(tǒng)2200多個(gè)監(jiān)測(cè)站，行業(yè)監(jiān)測(cè)站2

36、600多個(gè)。國控的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)站103個(gè)、酸雨監(jiān)測(cè)網(wǎng)站113個(gè)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)站135個(gè)。此外還建有噪聲監(jiān)測(cè)網(wǎng)、輻射監(jiān)測(cè)網(wǎng)、區(qū)域監(jiān)測(cè)網(wǎng)等。到2005年，國控環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整為：環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)站226個(gè)，測(cè)點(diǎn)數(shù)793個(gè)；酸雨監(jiān)測(cè)網(wǎng)站239個(gè)，測(cè)點(diǎn)數(shù)472個(gè)；水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)站197個(gè)，監(jiān)測(cè)斷面1074個(gè)；生態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)站15個(gè)。目前，我國已制定各類國家環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)410項(xiàng)，覆蓋了大氣、水質(zhì)、土壤、噪聲、輻射、固體廢物、農(nóng)藥等領(lǐng)域。已開展了環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)、環(huán)

37、境質(zhì)量周報(bào)、日?qǐng)?bào)、預(yù)報(bào)監(jiān)測(cè)；污染源監(jiān)測(cè)、污染事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)、污染物總量控制監(jiān)測(cè)、污染源解析監(jiān)測(cè)，環(huán)境污染治理工程效果監(jiān)測(cè)等等。需監(jiān)測(cè)的污染因子達(dá)百余種。</p><p>　　1.2 環(huán)境放射性監(jiān)測(cè)</p><p>　　1.2.1 基礎(chǔ)知識(shí)</p><p>　　自然界的各種物質(zhì)都是由元素組成的，而組成元素的基本單位是原子。某些元素的原子核不穩(wěn)定，內(nèi)部能夠自發(fā)地改變核結(jié)構(gòu)

38、，從一種核變成為另一種核，并放射出帶電的或者不帶電的粒子(α、β)或射線(γ)，這種性質(zhì)稱為放射性衰變，簡(jiǎn)稱放射性。常見的衰變有α、β、γ和電子俘獲四種形式。含有不穩(wěn)定原子核的元素稱為放射性元素，不穩(wěn)定的核稱為放射性原子核由不穩(wěn)定的原子核在衰變過程中釋放出的肉眼看不見的粒子流，就稱之為放射線。如α射線、β射線、γ射線等。含有放射性元素的物質(zhì)就稱為放射性物質(zhì)。在自然條件下，大氣、水體和土壤等物質(zhì)中都會(huì)含有微量的放射性物質(zhì)，尤其在當(dāng)今世界，

39、原子能工業(yè)迅速發(fā)展，核武器爆炸、核事故屢有發(fā)生，放射性物質(zhì)在醫(yī)學(xué)、國防、科研、民用等領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，有可能使環(huán)境中的放射性水平高于天然本底值或超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)成放射性污染，危害人體和生物。</p><p>　　1.2.2 環(huán)境中放射性的來源和危害</p><p>　　一、天然放射性的來源</p><p>　　(1) 宇宙射線及其引生的放射性核素：宇宙射線是一種從

40、宇宙空間射到地面來的射線，由初級(jí)宇宙射線和次級(jí)宇宙射線組成。由宇宙射線與大氣層、土壤、水中的核素發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的放射性核素約有20余種。</p><p>　　(2) 天然系列放射性核素：多數(shù)天然放射性核素在地球起源時(shí)就存在于地殼之中，經(jīng)過天長日久的地質(zhì)年代，母體和子體之間已達(dá)到放射性平衡，從而建立了放射性核素的系列。</p><p>　　(3) 自然界中單獨(dú)存在的核素：這類核素約有20種，它

41、們的特點(diǎn)是具有極長的半衰期，它們的另一個(gè)特點(diǎn)是強(qiáng)度極弱，只有采用極靈敏的檢測(cè)技術(shù)才能發(fā)現(xiàn)它們。</p><p>　　二、人為放射性污染的來源</p><p>　　引起環(huán)境放射性污染的主要來源是生產(chǎn)和應(yīng)用放射性物質(zhì)的單位所排出的放射性廢物，以及核武器爆炸、核事故等產(chǎn)生的放射性物質(zhì)。</p><p>　　(1) 核試驗(yàn)及航天事故：包括大氣層核試驗(yàn)、地下核爆炸冒頂事故及外

42、層空間核動(dòng)力航具事故等。其核裂變產(chǎn)物包括200多種放射性核素，還有核爆炸過程中產(chǎn)生的中子與大氣、土壤、建筑材料中的核素發(fā)生核反應(yīng)形成的中子活化合物，以及剩余未起反應(yīng)的核素。</p><p>　　(2) 核工業(yè)：包括原子能反應(yīng)堆、原子能電站、核動(dòng)力艦艇等。它們?cè)谶\(yùn)行過程中排放含各種核裂變產(chǎn)物的三廢排放物；特別是發(fā)生事故時(shí)，將會(huì)有大量放射性物質(zhì)泄漏到環(huán)境中去，造成嚴(yán)重污染事故。</p><p>

43、;　　(3) 工農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、科研等部門的排放廢物：這些部門使用放射性核素日益廣泛，其排放廢物也是主要的人為污染源之一。</p><p>　　(4) 放射性礦的開采和利用：在稀土金屬和其他共生金屬礦開采、提煉過程中，其三廢排放物中含有鈾、釷、氡等放射性核素，將造成所在局部地區(qū)的污染。</p><p>　　三、放射性污染的危害</p><p>　　放射性核素可通過呼吸道

44、吸入、消化道攝入、皮膚或黏膜侵入三種途徑進(jìn)入人體并在體內(nèi)蓄積。人體一次或短期內(nèi)接受大劑量照射，將引起急性輻射損傷，如核爆炸、核反應(yīng)堆事故等造成的損傷。放射性物質(zhì)對(duì)人類的危害主要是輻射損傷，所謂輻射損傷是是有射線引發(fā)人體組織發(fā)生有害化學(xué)反應(yīng)引起的。輻射引起的電子激發(fā)作用和電離作用使機(jī)體分子不穩(wěn)定和破壞，導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子鍵斷裂和畸變，破壞對(duì)人類新陳代謝有重要意義的酶。因此，輻射不僅可以擾亂和破壞機(jī)體細(xì)胞、組織的正常代謝活動(dòng)，而且可以直接破壞細(xì)

45、胞和組織的結(jié)構(gòu)，對(duì)人體產(chǎn)生軀體損傷效應(yīng)(如白血病、惡性腫瘤、生育力降低、壽命縮短等)和遺傳損傷效應(yīng)(如流產(chǎn)、遺傳性死亡和先天畸形等)。</p><p>　　1.2.3 監(jiān)測(cè)對(duì)象及方法</p><p>　　一、放射性監(jiān)測(cè)的對(duì)象及內(nèi)容</p><p>　　放射性監(jiān)測(cè)按照監(jiān)測(cè)對(duì)象可分為：①現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，即對(duì)放射性物質(zhì)生產(chǎn)或應(yīng)用單位內(nèi)部工作區(qū)域所作的監(jiān)測(cè)；②個(gè)人劑量監(jiān)測(cè)，即對(duì)放

46、射性專業(yè)工作人員或公眾作內(nèi)照射和外照射的劑量監(jiān)測(cè)；③環(huán)境監(jiān)測(cè)，即對(duì)放射性生產(chǎn)和應(yīng)用單位外部環(huán)境，包括空氣、水體、土壤、生物、固體廢物等所作的監(jiān)測(cè)。</p><p>　　對(duì)放射性核素具體測(cè)量的內(nèi)容有：①放射源強(qiáng)度，半衰期，射線種類及能量；②環(huán)境和人體中放射性物質(zhì)含量、放射性強(qiáng)度、空間照射量或電離輻射劑量。</p><p><b>　　二、放射性監(jiān)測(cè)方法</b></

47、p><p>　　環(huán)境放射性監(jiān)測(cè)方法有定期監(jiān)測(cè)和連續(xù)監(jiān)測(cè)。定期監(jiān)測(cè)的一般步驟是采樣、樣品預(yù)處理、樣品總放射性或放射性核素的測(cè)定；連續(xù)監(jiān)測(cè)是在現(xiàn)場(chǎng)安裝放射性自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器，實(shí)現(xiàn)采樣、預(yù)處理和測(cè)定自動(dòng)化。</p><p>　　對(duì)環(huán)境樣品進(jìn)行放射性測(cè)量和對(duì)非放射性環(huán)境樣品監(jiān)測(cè)過程一樣，也是經(jīng)過樣品采集、樣品預(yù)處理和選擇適宜方法、儀器測(cè)定三個(gè)過程。</p><p>　　(1) 樣品

48、的采集：對(duì)于放射性監(jiān)測(cè)的環(huán)境樣品來說，有累積采樣和瞬間采樣兩種方式。</p><p>　　(2) 樣品預(yù)處理：樣品預(yù)處理的目的是濃集對(duì)象核素、去除干擾核素和將樣品的物理形態(tài)轉(zhuǎn)換成易于進(jìn)行放射性檢測(cè)的形態(tài)。常用的樣品預(yù)處理的方法有蛻變法、共沉淀法、灰化法、電化學(xué)法、離子交換法、溶劑萃取法等。</p><p>　　(3) 環(huán)境中放射性監(jiān)測(cè)：①水樣的總α放射性活度測(cè)定；②水樣中總β放射性活度測(cè)量

49、；③土壤中總α、β放射性活度的測(cè)量；④氚的放射性監(jiān)測(cè)；⑤各種形態(tài)I的放射性監(jiān)測(cè)。</p><p>　　(4) 個(gè)人外照射劑量的測(cè)定：個(gè)人劑量是佩帶在身體適當(dāng)部位，用來測(cè)量個(gè)人外照射劑量的儀器，有輕便、小型、容易使用和價(jià)格低廉等特點(diǎn)。</p><p>　　1.3 本設(shè)計(jì)的任務(wù)、內(nèi)容和要求</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用MSP430單片機(jī)對(duì)工作環(huán)境中的γ射線進(jìn)行檢測(cè)的裝

50、置設(shè)計(jì)。其中包括了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。首先要查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)MSP430單片機(jī)的軟硬件知識(shí)，設(shè)計(jì)硬件電路，然后學(xué)習(xí)C語言的相關(guān)知識(shí)，用C語言編制數(shù)據(jù)采集(計(jì)數(shù)器)、數(shù)碼顯示、鍵盤、參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)通訊(RS232)等應(yīng)用程序，最后在IAR為MSP430設(shè)計(jì)的仿真工具上進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行，完成設(shè)計(jì)。</p><p>　　第2章 放射性檢測(cè)儀器原理</p><p>　　2.1 放射性檢測(cè)儀器基本

51、原理</p><p>　　放射性檢測(cè)儀器種類很多，實(shí)際工作中，需根據(jù)監(jiān)測(cè)目的、試樣形態(tài)、射線類型、強(qiáng)度及能量等因素進(jìn)行選擇。對(duì)放射性物質(zhì)的活度或劑量進(jìn)行測(cè)定時(shí)需要專用的放射性檢測(cè)儀器，表2-1中列舉了各種常用的放射性檢測(cè)器。</p><p>　　放射性檢測(cè)的基本原理是：利用射線與物質(zhì)間的相互作用，這種作用包括電離、發(fā)光、熱效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)和能產(chǎn)生次級(jí)粒子的核反應(yīng)等。最常用的檢測(cè)器有三類，即電

52、離型檢測(cè)器、閃爍檢測(cè)器和半導(dǎo)體檢測(cè)器。</p><p>　　表2-1 各種常用的放射性檢測(cè)器及其應(yīng)用</p><p>　　2.2 電離型檢測(cè)器</p><p>　　電離型檢測(cè)器是利用射線通過氣體介質(zhì)時(shí)使氣體發(fā)生電離的原理制成的探測(cè)器。應(yīng)用氣體電離原理的檢測(cè)器又可分為電流電離室、正比計(jì)數(shù)管和蓋革計(jì)數(shù)管(GM管)三種。電流電離室是測(cè)量由電離作用而產(chǎn)生的電離電流，適用于

53、測(cè)量強(qiáng)放射性；正比計(jì)數(shù)管和蓋革計(jì)數(shù)管則是測(cè)量由每一入射粒子引起電離作用而產(chǎn)生的脈沖式電壓變化，從而對(duì)入射粒子逐個(gè)計(jì)數(shù)，它適合于測(cè)量弱放射性。以上三種檢測(cè)器之所以有不同的工作狀態(tài)和不同的功能，主要是由于對(duì)它們所施加的工作電壓不同，從而引起電離過程不同?，F(xiàn)將三種電離型檢測(cè)器分別介紹如下。</p><p>　　2.2.1 電流電離室</p><p>　　電流電離室通常用來研究帶電粒子所引起的總電

54、離效應(yīng)，也就是測(cè)量輻射強(qiáng)度及其隨時(shí)間的變化；還可以制造成能監(jiān)測(cè)個(gè)人吸收劑量的劑量儀。由于這種類型的檢測(cè)器對(duì)任何電離都有響應(yīng)，所以在甄別射線類型方面，它是無能為力的。由于電離電流十分微弱(通常在A左右或更小)，所以電流電離室還要同高倍數(shù)的電流放大器配合使用。</p><p>　　2.2.2 正比計(jì)數(shù)管</p><p>　　正比計(jì)數(shù)管檢測(cè)器廣泛用于α粒子和β粒子的計(jì)數(shù)，優(yōu)點(diǎn)是工作性能穩(wěn)定、本底

55、響應(yīng)低。正比計(jì)數(shù)管給出的脈沖幅度正比于初級(jí)致電離粒子所消耗的能量，所以還可以用于能譜測(cè)量，但條件是初級(jí)粒子必須把其全部能量損耗在計(jì)數(shù)管的氣體之內(nèi)。由于這個(gè)原因，正比計(jì)數(shù)管大多用于低能γ射線的能譜測(cè)量和鑒定放射性核素用的α射線的能譜測(cè)量。</p><p>　　一般的正比計(jì)數(shù)管由一圓柱金屬筒內(nèi)安上一條金屬絲構(gòu)成，筒內(nèi)充甲烷(或氬)和碳?xì)浠衔锏臍怏w，充氣壓力和大氣壓一樣。兩極間電壓約為1500~5000V，在此電壓下

56、，能使由電離產(chǎn)生的電子在收集電極近處高速加速，并在前進(jìn)途中進(jìn)一步發(fā)生連續(xù)性的次級(jí)電離，使電流的放大倍數(shù)達(dá)到左右。由于輸出脈沖的大小正比于入射粒子的初始電離能，所以把這類檢測(cè)器定名為正比計(jì)數(shù)管。</p><p>　　2.2.3 蓋革(GM)計(jì)數(shù)管</p><p>　　蓋革計(jì)數(shù)管也稱蓋革謬?yán)沼?jì)數(shù)管，是目前應(yīng)用最為廣泛的放射性檢測(cè)器，它被普遍地用于檢測(cè)β射線和γ射線強(qiáng)度。該計(jì)數(shù)器對(duì)進(jìn)入其靈敏區(qū)域

57、的粒子的有效計(jì)數(shù)率接近于100%；它的另一個(gè)工作特點(diǎn)是，對(duì)不同射線都給出大小相同的脈沖，因此不能用于區(qū)別不同的射線。在輻射監(jiān)測(cè)儀器中，可將它做成攜帶式的輻射指示儀或放射性污染監(jiān)測(cè)儀。</p><p>　　常見的蓋革計(jì)數(shù)管為一密閉的玻璃管(長約12cm，直徑約2.5cm)，中間一條細(xì)絲作為陽極，玻璃管內(nèi)壁涂一層導(dǎo)電物質(zhì)或另外放進(jìn)一金屬圓筒作為陰極，蓋革計(jì)數(shù)管內(nèi)充約相當(dāng)于1/5atm(約20kPa)的惰性氣體氬，當(dāng)氣

58、體受輻照電離后，在工作電壓下產(chǎn)生微弱電流，再將其放大~倍。管中還充有少量猝滅氣體(如乙醇、二乙醚、溴等)，其電離勢(shì)比氬氣低，作用是防止計(jì)數(shù)管在一次放電后發(fā)生連續(xù)放電。蓋革管的充氣氣壓小于1/4atm (約25kPa)，工作電壓從幾百伏特至1500伏特。它的工作特點(diǎn)是：不管入射粒子引起初級(jí)電離的離子數(shù)有多少，經(jīng)過氣體放大后，最后到達(dá)陽極的電子數(shù)都一樣，所以輸出脈沖高度也一樣。圖2-1所示是蓋革計(jì)數(shù)管用于測(cè)量射線強(qiáng)度的整套示意圖。</

59、p><p>　　圖2-1 蓋革計(jì)數(shù)館系統(tǒng)示意圖</p><p>　　為減小本底計(jì)數(shù)和達(dá)到防護(hù)目的，一般將計(jì)數(shù)管放在鉛或生鐵制成的屏蔽室中，其他部件裝配在一個(gè)儀器外殼內(nèi)，合稱定標(biāo)器。</p><p><b>　　2.3 閃爍檢測(cè)器</b></p><p>　　閃爍檢測(cè)器是利用射線與物質(zhì)作用發(fā)生閃光的儀器。它具有一個(gè)閃爍體，當(dāng)射

60、線進(jìn)入其中是產(chǎn)生閃光，然后用光電倍增管將閃光訊號(hào)放大、記錄下來。</p><p>　　閃爍檢測(cè)器以其高靈敏度和高計(jì)數(shù)率的優(yōu)點(diǎn)而被用作測(cè)量α輻照強(qiáng)度、β輻照強(qiáng)度、γ輻照強(qiáng)度。由于它對(duì)不同能量的射線具有很高的分辨率，所以又可做譜儀使用。通過能譜測(cè)量，鑒別放射性核素，并且在適當(dāng)?shù)臈l件，能夠定量的分析幾種放射性核素的混合物。譜圖中的每一個(gè)峰與某一特定核素相對(duì)應(yīng)，從峰面積又可以量度該核素的存在量。閃爍檢測(cè)器的測(cè)量結(jié)果在量子

61、統(tǒng)計(jì)性的限度內(nèi)有一定的重復(fù)性。此外，這種儀器還能測(cè)量照射量和吸收劑量。</p><p>　　閃爍檢測(cè)器的工作原理與以下三個(gè)過程相關(guān)聯(lián)：</p><p>　　(1) 射線使某些熒光體分子激發(fā)，當(dāng)分子重返低能級(jí)時(shí)，即發(fā)出光子；</p><p>　　(2) 光電敏感物質(zhì)受光后發(fā)出光電子；</p><p>　　(3) 光電子經(jīng)倍增放大后得到可測(cè)量的輸

62、出脈沖。</p><p>　　2.4 半導(dǎo)體檢測(cè)器</p><p>　　半導(dǎo)體檢測(cè)器的工作原理與電離型檢測(cè)器相似，但其檢測(cè)元件是固態(tài)半導(dǎo)體。粒子射入元件后，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，從而得到可測(cè)量的脈沖電流。半導(dǎo)體檢測(cè)器可用作測(cè)量α射線、β射線和γ射線的輻射。與前述兩類檢測(cè)器相比，在半導(dǎo)體檢測(cè)元件中產(chǎn)生電子-空穴對(duì)所需能量要小得多。例如，對(duì)硅半導(dǎo)體是3.6eV，對(duì)鍺半導(dǎo)體是2.8eV，而對(duì)NaI閃

63、爍探測(cè)體來說，從其中發(fā)出一個(gè)光電子平均能量約3000eV。也就是說，在同樣外加能量下，半導(dǎo)體中生成電子-空穴對(duì)數(shù)比閃爍探測(cè)器中生成的光電子數(shù)多1000倍。因此，前者輸出脈沖電流大小的統(tǒng)計(jì)漲落比較小，對(duì)外來射線能量有很好的分辨率，適宜于做能譜分析。其缺點(diǎn)是由于制造工藝等方面的原因，檢測(cè)靈敏區(qū)范圍較小。但由于其元件體積很小，較容易實(shí)現(xiàn)對(duì)組織中某點(diǎn)進(jìn)行吸收劑量測(cè)定。</p><p>　　硅半導(dǎo)體檢測(cè)器可用于α計(jì)數(shù)和測(cè)定

64、α能譜及β能譜。對(duì)γ射線一般采用鍺半導(dǎo)體做檢測(cè)元件，因?yàn)殒N原子序數(shù)較大，對(duì)γ射線吸收效果更好。在鍺半導(dǎo)體單晶體中滲入Li制成鍺半導(dǎo)體元件，具有更優(yōu)越的檢測(cè)性能。因滲入的鋰不取代晶格中的原有原子，而是夾雜其間，從而大大增大了鍺的電阻率，即在探測(cè)γ射線時(shí)有較大的靈敏區(qū)域。應(yīng)用這類檢測(cè)元件時(shí)，因?yàn)槭覝叵落嚾菀滋右?，所以要在液氮?-196℃)工作。</p><p><b>　　2.5 本章小結(jié)</b&g

65、t;</p><p>　　本章主要敘述了放射性檢測(cè)儀器的原理，并對(duì)常用的三類放射檢測(cè)儀器原理及其特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的敘述，即電離型檢測(cè)器、閃爍檢測(cè)器和半導(dǎo)體檢測(cè)器。其中電離型檢測(cè)器中，又重點(diǎn)介紹了電流電離室、正比計(jì)數(shù)管、蓋革(GM)計(jì)數(shù)管三種電離型檢測(cè)器，針對(duì)各種不同放射性檢測(cè)儀器的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)擬定采用蓋革(GM)計(jì)數(shù)管作為射線數(shù)據(jù)采集的傳感器。</p><p>　　第3章 MSP430單片機(jī)

66、原理</p><p><b>　　3.1 概述</b></p><p>　　3.1.1 單片機(jī)的概念及特點(diǎn)</p><p>　　將中央處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口電路以及連接它們的總線都集成在一塊芯片上的計(jì)算機(jī)，即所謂的單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。單片機(jī)在設(shè)計(jì)上主要突出了控制功能，調(diào)整了接口配置，在單一芯片上制成了結(jié)構(gòu)完整的計(jì)算機(jī)，因此，單片機(jī)也

67、稱為微控制器(MCU)。</p><p>　　單片機(jī)具有如下特點(diǎn)：</p><p>　　(1) 小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化，它能方便地組裝成各種智能式控制設(shè)備以及各種智能儀表。</p><p>　　(2) 面向控制，能針對(duì)性地解決從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)，因而能獲得最佳性價(jià)比。</p><p>　　(3) 抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)溫度范圍寬，在

68、各種惡劣環(huán)境下都能可靠地工作，這是其他機(jī)型無法比擬的。</p><p>　　(4) 可以很方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制，使整個(gè)系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高。</p><p>　　3.1.2 MSP430系列單片機(jī)</p><p>　　TI公司的MSP430系列單片機(jī)是一種超低功耗的混合信號(hào)控制器，其中包括一系列器件，它們針對(duì)不同的應(yīng)用而由各種不同的模塊組成。這些微控制器

69、被設(shè)計(jì)為可用電池工作，而且可以有很長使用時(shí)間的應(yīng)用。它們具有16位RISC結(jié)構(gòu)，CPU中的16個(gè)寄存器和常數(shù)發(fā)生器使MSP430微控制器能達(dá)到最高的代碼效率；靈活的時(shí)鐘源可以使器件達(dá)到最低的功率消耗；數(shù)字控制的振蕩器(DCO)可使器件從低功耗模式迅速喚醒，在少于6us的時(shí)間內(nèi)激活到活躍的工作方式。</p><p>　　MSP430系列單片機(jī)具有豐富的片內(nèi)外設(shè)，有及廣闊的應(yīng)用范圍。</p><p

70、>　　MSP430系列單片機(jī)具有以下一些共同的特點(diǎn)。</p><p><b>　　低電壓、超低功耗</b></p><p>　　MSP430系列單片機(jī)，在1.8~3.6V電壓、1MHz的時(shí)鐘條件下運(yùn)行，耗電電流(在0.1~400uA之間)因不同的工作模式而不同；具有16個(gè)中斷源，并且可以任意嵌套，使用靈活方便；用中斷請(qǐng)求將CPU喚醒只要6us，可編制出實(shí)時(shí)性特別

71、高的源代碼；可將CPU置于省電模式，以用中斷方式喚醒程序。</p><p><b>　　強(qiáng)大的處理能力</b></p><p>　　MSP430系列單片機(jī)，為16位RISC結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式(7種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址)、簡(jiǎn)潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理方法；有較高的處理速度，在

72、8MHz晶體驅(qū)動(dòng)下，指令周期為125us。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。</p><p><b>　　系統(tǒng)工作穩(wěn)定</b></p><p>　　上電復(fù)位后，首先由DCOCLK啟動(dòng)CPU，以保證程序從正確的位置開始執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時(shí)間。然后軟件可設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊泶_定最后的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。如果晶體振蕩器在用作CPU時(shí)鐘MCLK時(shí)發(fā)生故

73、障，DCO會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，以保證系統(tǒng)正常工作；如果程序跑飛，可用看門狗將其復(fù)位。</p><p><b>　　豐富的片內(nèi)外設(shè)</b></p><p>　　MSP430系列單片機(jī)的各成員都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們分別是以下一些外圍模塊的不同組合：看門狗(WDT)、定時(shí)器A(Timer_A)、定時(shí)器B(Timer_B)、比較器、串口0、1(USART0、1)、硬件乘法器、

74、液晶驅(qū)動(dòng)器、10位/12位ADC、14位ADC(ADC14)、端口0(P0)、端口1~6(P1~P6)、基本定時(shí)器(Basic Timer)。其中看門狗可以使程序失控時(shí)迅速復(fù)位；比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時(shí)器可以設(shè)計(jì)為A/D轉(zhuǎn)換器；定時(shí)器具有捕獲/比較功能，可用于事件計(jì)數(shù)、時(shí)序發(fā)生、PWM等；有的器件更具有兩個(gè)串口，可方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用；具有較多的并行端口，最多可達(dá)到6×8條I/O口線，而且I/O口線具有中斷能力；

75、12/14位硬件A/D轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá)200kbps，能滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動(dòng)液晶多達(dá)120段。MSP430系列單片機(jī)的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。</p><p><b>　　方便高效的開發(fā)環(huán)境</b></p><p>　　目前MSP430系列有4種類型器件：OTP型、FLASH型、EPROM型和ROM型。這些器件的

76、開發(fā)手段不同。對(duì)于OTP型和ROM型的器件是用相對(duì)應(yīng)的EPROM型器件作為開發(fā)片，或使用仿真器開發(fā)成功之后再燒寫掩膜芯片；而對(duì)于FLASH型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因?yàn)槠骷瑑?nèi)有JTAG調(diào)試接口，還有可電擦寫的FLASH存儲(chǔ)器，因此采用先下載程序到FLASH內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運(yùn)行，由JTAG接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計(jì)者調(diào)試使用的方法進(jìn)行開發(fā)。這種方式只需要一臺(tái)PC機(jī)和一個(gè)JTAG調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。開發(fā)語言有匯

77、編語言和C語言。</p><p><b>　　六、工業(yè)級(jí)的產(chǎn)品</b></p><p>　　MSP430系列器件均為工業(yè)級(jí)的，運(yùn)行環(huán)境溫度為-40~+85℃。</p><p>　　3.2 MSP430單片機(jī)結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.2.1 MSP430結(jié)構(gòu)概述</p><p>　　MSP430

78、系列單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 MSP430系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)</p><p>　　從圖3-1中可以看出，MSP430系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)具有以下明顯特征：</p><p>　　(1) 16位CPU通過總線連接到存儲(chǔ)器和外圍模塊。</p><p>　　(2) 直接嵌入仿真處理，具有JTAG接口。</p>

79、<p>　　(3) 多時(shí)鐘能夠降低功耗，多總線能夠降低噪聲。</p><p>　　(4) 16位數(shù)據(jù)寬度，數(shù)據(jù)處理更為有效。</p><p>　　MSP430系列單片機(jī)包含以下主要功能部件：</p><p>　　(1) CPU：MSP430系列單片機(jī)的CPU和通用微處理器基本相同，只是在設(shè)計(jì)上采用了面向控制的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。MSP430的內(nèi)核CPU結(jié)構(gòu)是

80、按照精簡(jiǎn)指令集和高透明的宗旨而設(shè)計(jì)的，使用的指令有硬件執(zhí)行的內(nèi)核指令和基于現(xiàn)有硬件結(jié)構(gòu)的仿真指令。這樣可以提高指令執(zhí)行速度和效率，增強(qiáng)MSP430的實(shí)時(shí)處理能力。</p><p>　　(2) 存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)程序、數(shù)據(jù)以及外圍模塊的運(yùn)行控制信息。有程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。對(duì)程序存儲(chǔ)器總是以字的形式取得代碼，而對(duì)數(shù)據(jù)可以用字或字節(jié)方式訪問。其中MSP430各系列單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器有ROM、OTP、EPROM和FLASH

81、型。</p><p>　　(3) 外圍模塊：經(jīng)過MAB、MDB、中斷服務(wù)及請(qǐng)求線與CPU相連。MSP430不同系列產(chǎn)品所包含外圍模塊的種類及數(shù)目可能不同。它們分別是以下一些外圍模塊的組合：時(shí)鐘模塊，看門狗，定時(shí)器A，定時(shí)器B，比較器A，串口0、1，硬件乘法器，液晶驅(qū)動(dòng)模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)模轉(zhuǎn)換，端口，基本定時(shí)器，DMA控制器等。</p><p>　　3.2.2 MSP430CPU結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)&

82、lt;/p><p>　　MSP430系列單片機(jī)的CPU由一個(gè)l6位的ALU、16個(gè)寄存器和一套指令控制邏輯組成。</p><p>　　在l6個(gè)寄存器中，程序計(jì)數(shù)器PC、堆棧指針SP、狀態(tài)寄存器SR和常數(shù)發(fā)生器CGI、CG2這4個(gè)寄存器有特殊用途。除了R3和R2外，所有寄存器都可作為通用寄存器來用于所有指令操作。常數(shù)發(fā)生器是為指令執(zhí)行時(shí)提供常數(shù)的，而不是用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的。對(duì)CGI、CG2訪問的尋址

83、模式可以區(qū)分常數(shù)的數(shù)據(jù)。</p><p>　　在CPU內(nèi)部有一組l6位數(shù)據(jù)總線和l6位的地址總線；CPU運(yùn)行正交設(shè)計(jì)、對(duì)模塊高度透明的精簡(jiǎn)指令集；PC、SR和SP配合精簡(jiǎn)指令組所實(shí)現(xiàn)的控制，使應(yīng)用開發(fā)可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的尋址模式和軟件算法。</p><p>　　3.2.3 MSP430存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和地址空間</p><p>　　MSP430系列采用“馮-紐曼結(jié)構(gòu)”。因此，RA

84、M、ROM和全部外圍模塊都位于同一個(gè)地址空間內(nèi)，即用一個(gè)公共的空間對(duì)全部功能模塊進(jìn)行尋址。支持外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器是將來性能增強(qiáng)的目標(biāo)?，F(xiàn)以64KB的存儲(chǔ)空間為例說明MSP430的存儲(chǔ)器使用情況，如圖3-3所示。</p><p>　　MSP430不同系列器件的存儲(chǔ)空間分布有很多相同之處：</p><p>　　(1)中斷向量被安排在相同的空間：0FFE0~0FFFFH。</p>&l

85、t;p>　　(2)8位、16位外圍模塊占用相同范圍的存儲(chǔ)器地址。</p><p>　　(3)特殊功能寄存器占用相同范圍的存儲(chǔ)器地址。</p><p>　　(4)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都從0200H處開始。</p><p>　　(5)程序存儲(chǔ)器的最高地址都是0FFFFH。</p><p>　　但是由于器件所屬型號(hào)的不同，存儲(chǔ)空間的分布也存在一些差異：

86、程序存儲(chǔ)器容量不同，所以起始地址也不同；僅FLASH型有信息存儲(chǔ)器和引導(dǎo)存儲(chǔ)器，而且不同器件它們的地址不同；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的末地址不一樣，中斷向量和8位、16位外圍模塊的內(nèi)容不同等。使用時(shí)請(qǐng)參見相關(guān)手冊(cè)。</p><p><b>　　一、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器</b></p><p>　　MSP430的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是最靈活的地址空間，位于存儲(chǔ)器地址空間的0200H單元以上，這些存儲(chǔ)器一

87、般用于堆棧和變量，如存放經(jīng)常變化的數(shù)據(jù)：采集到的數(shù)據(jù)、輸入的變量、運(yùn)算的中間結(jié)果等。</p><p><b>　　二、程序存儲(chǔ)器</b></p><p>　　程序存儲(chǔ)器FLASH是0FFFFH以下的一定數(shù)量的存儲(chǔ)空間，可存放系統(tǒng)程序或者應(yīng)用程序及常數(shù)，可以避免斷電等意外情況而造成存儲(chǔ)的信息丟失。程序代碼必須偶地址尋址。程序代碼包括：中斷向量區(qū)、用戶程序代碼和系統(tǒng)引導(dǎo)程

88、序(FLASH型)。</p><p><b>　　三、外圍模塊寄存器</b></p><p>　　MSP430系列單片機(jī)內(nèi)所有外圍模塊都可以用軟件訪問和控制，外圍模塊相關(guān)的控制寄存器和狀態(tài)寄存器都被安排在0000H~01FFH范圍的RAM中。MSP430可以像訪問普通RAM單元一樣對(duì)這些寄存器進(jìn)行操作。這些寄存器也分為字節(jié)結(jié)構(gòu)和字結(jié)構(gòu)，因此，地址空間0100H~01F

89、FH留作安排字模塊，地址空間0010H~00FFH安排字節(jié)模塊，地址空間0000H~000FH保存特殊功能寄存器，如表3-1所示。特殊功能寄存器與外圍模塊的寄存器數(shù)量和MSP430的具體型號(hào)有關(guān)，它們離散地分布在0000H~01FFH范圍的地址空間中。訪問不被占用的內(nèi)存單元也是沒有意義的，不能對(duì)其進(jìn)行讀寫操作。這些暫時(shí)沒有被定義的RAM單元可用于TI后續(xù)的系統(tǒng)外圍模塊擴(kuò)展。</p><p>　　表3-1 外圍模塊

90、空間分布</p><p><b>　　3.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了MSP430單片機(jī)的一些基本概念以及特點(diǎn)，對(duì)MSP430單片機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)單敘述，初步的了解了MSP430單片機(jī)，其中MSP430單片機(jī)片內(nèi)外設(shè)的原理及使用方法沒有在本章詳細(xì)敘述，如MSP430的各種I/O端口，各種定時(shí)器等等，在下一章硬件設(shè)計(jì)中將詳細(xì)敘述它們的原理及使

91、用方法。</p><p>　　第4章 有害射線監(jiān)測(cè)器的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 硬件原理框圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用TI公司生產(chǎn)的MSP430系列單片機(jī)MSP430F4250型號(hào)單片機(jī)芯片作為核心控制芯片。其中主要硬件包括MSP430單片機(jī)、液晶顯示器、鍵盤、傳感器、上位機(jī)、時(shí)鐘芯片和通訊接口芯片MAX3222組成。其原理框圖如圖4-1所示。&l

92、t;/p><p>　　其中采集數(shù)據(jù)傳感器采用專用傳感器（蓋格管）檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)有害射線含量，鍵盤選擇獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)，設(shè)置4個(gè)按鍵，分別為功能選擇鍵和數(shù)值設(shè)定鍵。其中功能選擇為工作模式、參數(shù)設(shè)置模式和報(bào)警模式。通訊接口芯片選用MAXIM公司生產(chǎn)的MAX3222型號(hào)芯片。</p><p>　　4.2 MSP430F4250簡(jiǎn)介</p><p>　　MSP430F4250管腳布置如

93、圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 MSP430F4250管腳布置</p><p>　　其引腳功能如表4-1所示。</p><p>　　表4-1 MSP430F4250引腳功能</p><p><b>　　續(xù)表1</b></p><p><b>　　續(xù)表2</b>&

94、lt;/p><p><b>　　4.3 I/O端口</b></p><p>　　在MSP430F4250這個(gè)型號(hào)的單片機(jī)中有P1、P2、P5和P6四個(gè)I/O端口。這四個(gè)端口都能用做輸入和輸出。但只有P1和P2口具有中斷能力，其每個(gè)引腳信號(hào)都可作為一個(gè)中斷源。</p><p>　　4.3.1 端口P1和P2</p><p>　

95、　P1和P2口有7個(gè)寄存器用于引腳控制。這些模塊寄存器位于低端地址，須用字節(jié)指令以絕對(duì)尋址模式訪問。P1和P2口的結(jié)構(gòu)如圖4-3所示。</p><p>　　(1) P1DIR，P2DIR P1和P2端口方向選擇寄存器</p><p>　　相互獨(dú)立的8位分別定義了8個(gè)引腳的輸入/輸出方向。8位在PUC后都被復(fù)位。一般在使用端口時(shí)，都要先定義該寄存器，使引腳的輸入/輸出滿足設(shè)計(jì)者的要求。&l

96、t;/p><p>　　0：I/O引腳被切換成輸入模式；</p><p>　　1：I/O引腳被切換成輸出模式。</p><p>　　圖4-3 P1和P2口的結(jié)構(gòu)</p><p>　　(2) P1IN，P2IN P1和P2端口輸入寄存器</p><p>　　輸入寄存器是CPU掃描I/O引腳信號(hào)的只讀寄存器。用戶不能對(duì)它寫入，

97、只能通過讀取該寄存器中內(nèi)容知道I/O端口的輸入信號(hào)。此時(shí)引腳的方向必須選定為輸入。</p><p>　　(3) P1OUT，P2OUT P1和P2端口輸出寄存器</p><p>　　該寄存器為I/O端口的輸出緩沖寄存器?？捎盟邪康牟僮鲾?shù)的指令修改，以達(dá)到改變I/O口狀態(tài)的目的。在讀取時(shí)輸出緩存的內(nèi)容與引腳方向定義無關(guān)。改變方向寄存器的內(nèi)容，輸出緩存的內(nèi)容不受影響。</p>

98、;<p>　　(4) P1IE，P2IE P1和P2端口中斷使能寄存器</p><p>　　P1和P2口的8個(gè)引腳都可能引起中斷事件的發(fā)生，每一個(gè)引腳都有一位用以控制該引腳是否使能中斷。P1IE和P2IE的各位定義如下：</p><p><b>　　0：禁止該位中斷；</b></p><p><b>　　1：允許該位中

99、斷。</b></p><p>　　(5) P1IES，P2IES P1和P2端口中斷觸發(fā)沿選擇寄存器</p><p>　　如果允許P1和P2口的某個(gè)引腳中斷，還須定義該引腳的中斷觸發(fā)沿。該寄存器的8位分別定義了P1和P2口的8個(gè)引腳的中斷觸發(fā)沿。</p><p>　　0：對(duì)應(yīng)引腳由低到高的電平跳變(上升沿)使相應(yīng)標(biāo)志置位；</p><

100、;p>　　1：對(duì)應(yīng)引腳由高到低的電平跳變(下降沿)使相應(yīng)標(biāo)志置位。</p><p>　　(6)P1IFG，P2IFG P1和P2端口中斷標(biāo)志寄存器</p><p>　　該寄存器有8個(gè)標(biāo)志位，標(biāo)志相應(yīng)引腳是否有待處理中斷的信息，即相應(yīng)引腳是否有中斷請(qǐng)求。寄存器定義如下：</p><p><b>　　0：沒有中斷請(qǐng)求；</b></p&

101、gt;<p><b>　　1：有中斷請(qǐng)求。</b></p><p>　　(7) P1SEL，P2SEL P1和P2端口功能選擇寄存器</p><p>　　P1和P2兩端口還具有其他片內(nèi)外設(shè)功能，為了減少引腳，將這些功能與芯片外的聯(lián)系通過復(fù)用P1和P2引腳的方式來實(shí)現(xiàn)。P1SEL和P2SEL用來選擇引腳的I/O端口功能與外圍模塊功能。</p>

102、<p>　　0：選擇引腳為I/O端口；</p><p>　　1：選擇引腳為外圍模塊功能。</p><p>　　4.3.2 端口P5和P6</p><p>　　端口P5和P6沒有中斷能力，其余功能同P1和P2，可以實(shí)現(xiàn)輸入/輸出功能和外圍模塊功能。除掉端口P1和P2與中斷相關(guān)的3個(gè)寄存器，端口P5和P6有4個(gè)寄存器供用戶使用。用戶可通過這4個(gè)寄存器對(duì)它們

103、進(jìn)行訪問和控制。</p><p>　　每個(gè)端口的4個(gè)寄存器分別為：P5和P6端口方向選擇寄存器(PnDIR)，輸入寄存器(PnIN)，輸出寄存器(PnOUT)，功能選擇寄存器(PnSEL)。具體定義和用法同P1、P2端口。</p><p><b>　　4.4 定時(shí)器</b></p><p>　　定時(shí)功能模塊是MSP430應(yīng)用系統(tǒng)中經(jīng)常用到的重要

104、部分，可用來實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制、延遲、頻率測(cè)量、脈寬測(cè)量和信號(hào)產(chǎn)生、信號(hào)檢測(cè)等。此外還可以作為串行接口的可編程波特率發(fā)生器，在多任務(wù)的系統(tǒng)中用來作為中斷信號(hào)實(shí)現(xiàn)程序的切換。MSP430系列有豐富的定時(shí)器資源：看門狗定時(shí)器(WDT)，基本定時(shí)器(Basic Timer1)，定時(shí)器A(Timer_A)和定時(shí)器B (Timer_B)等。器件因系列不同可能包含這些模塊的全部或部分。這些模塊除了都具有定時(shí)功能外，各自還有一些特定用途，在應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)需求

105、選擇多種定時(shí)器模塊。本設(shè)計(jì)用到的定時(shí)器有看門狗定時(shí)器(WDT)和定時(shí)器A(Timer_A)，所以下面簡(jiǎn)單介紹一下這兩個(gè)定時(shí)器。</p><p>　　4.4.1 看門狗定時(shí)器(WDT)</p><p>　　看門狗定時(shí)器(WDT)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)定時(shí)器，其主要功能是：當(dāng)程序發(fā)生故障時(shí)能使受控系統(tǒng)重新啟動(dòng)。如果WDT超過所定時(shí)的時(shí)間，即發(fā)生系統(tǒng)復(fù)位。如果系統(tǒng)不需要看門狗功能，也可將它當(dāng)定時(shí)器使用，當(dāng)

106、到達(dá)WDT所定時(shí)的時(shí)間能產(chǎn)生中斷。WDT有如下特性：</p><p>　　(1) 其主體是一個(gè)16位計(jì)數(shù)器；</p><p>　　(2) 需要口令才能對(duì)其操作；</p><p>　　(3) 有看門狗和定時(shí)器兩種模式；</p><p>　　(4) 有8種可選的定時(shí)時(shí)間。</p><p>　　WDT有一個(gè)專門的控制寄存器W

107、DTCTL，WDTCTL由兩部分組成：高8位被用作口令，低8位是對(duì)WDT操作的控制命令。要寫入操作WDT的控制命令，出于安全原因必須先正確寫入高字節(jié)看門狗口令?？诹顬?AH，如果口令寫錯(cuò)將導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)位。讀WDTCTL時(shí)，不需要口令。可直接讀取地址120H中的內(nèi)容，讀出數(shù)據(jù)低字節(jié)為WDTCTL的值，高字節(jié)始終為69H。WDTCTL除了看門狗定時(shí)器的控制位之外，還有兩個(gè)位用于設(shè)置NMI引腳功能。</p><p>　　

108、下面是WDTCTL寄存器各位的定義：</p><p>　　IS0，IS1 選擇看門狗定時(shí)器的定時(shí)輸出。其中T是WDTCNT的輸入時(shí)鐘源周期。</p><p><b>　　0：T×；</b></p><p><b>　　1：T×；</b></p><p><b>　　2：

109、T×；</b></p><p><b>　　3：T×。</b></p><p>　　SSEL 選擇WDTCNT的時(shí)鐘源。</p><p><b>　　0：SMCLK；</b></p><p><b>　　1：ACLK。</b></p>

110、<p>　　由IS0、IS1及SSEL 3位便可確定WDT定時(shí)時(shí)間，因此通過軟件對(duì)計(jì)數(shù)器設(shè)置不同的初始值就可實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間的定時(shí)。與其他定時(shí)器不同之處在于，WDT最多只能定時(shí)8種和時(shí)鐘源相關(guān)的時(shí)間。</p><p>　　CNTCL 當(dāng)該位為1時(shí)，清除WDTCNT。</p><p>　　TMSEL 工作模式選擇。</p><p><b>　　0：

111、看門狗模式；</b></p><p><b>　　1：定時(shí)器模式。</b></p><p>　　NMI 選擇/NMI引腳功能，在PUC后被復(fù)位。</p><p>　　0：/NMI引腳為復(fù)位端；</p><p>　　1：/NMI引腳為邊沿觸發(fā)的非屏蔽中斷輸入。</p><p>　　NMI