Счетное устройство видеоимпульсов на ПЛИС
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Дипломная работа
Счетное устройство видеоимпульсов на ПЛИС
|
Факультет: |
Физический |
Исполнитель: |
Ларин Кирилл Владимирович |
|
Кафедра: |
Радиофизика и электроника |
Группа: |
ФФ‑504 |
|
Специальность: |
013800 – Радиофизика и электроника |
Научный руководитель: |
ОАО ЧРЗ «ПОЛЕТ», |
|
|
|
Рецензент: |
Доктор технических наук, ЮУрГУ, профессор, Родионов В.В. |
Дата защиты: 21 июня 2006г.
Оценка: отлично
Челябинск – 2006
Содержание
Введение................................................................................................. 3
1 Актуальность темы.............................................................................. 3
2 Цели и задачи....................................................................................... 5
3 Анализ задания и выбор платформы................................................... 5
1. Составление схемы устройства.......................................................... 7
2. Выбор элементов................................................................................ 9
2.1 Выбор ПЛИС. Описание внутренней структуры ПЛИС.................. 9
2.2 Компаратор..................................................................................... 13
2.3 Генератор тактовой частоты........................................................... 15
2.4 Индикатор....................................................................................... 16
2.4.1 Описание контроллера HD44780.................................................. 17
2.4.2 Подключение ЖКИ-модуля......................................................... 18
2.4.3 Программирование и управление ЖКИ-модуля:......................... 25
2.5 Стабилизаторы................................................................................ 32
2.5 Программатор ByteBlaster............................................................... 34
2.6 Сборка устройства.......................................................................... 35
3. Конфигурирование ПЛИС................................................................ 36
3.1 Система проектирования MAX+plus II........................................... 36
3.2 Описание программы конфигурации ПЛИС.................................. 36
3.2.1 Антидребезговая система (antibounce)......................................... 37
3.2.1,1 Встроенная макрофункция – счетчик lpm_counter................... 38
3.2.2 Двоичо-десятичный счетчик (counter10)..................................... 40
3.2.3 Устройство управлением индикатора (wh1602LCD)................... 41
3.2.3,1 Машина конечных автоматов.................................................... 42
3.2.4 Делитель тактовой частоты для работы индикатора(divFreq)..... 46
3.2.5 Общая структура программы....................................................... 46
Заключение........................................................................................... 47
Литература............................................................................................ 48
Приложение 1 (Принципиальная схема устройства)............................ 49
Приложение 2 (Список портов ввода вывода ПЛИС epm 3256a)........ 50
Приложение 3 (Текст программы)....................................................... 51
Введение
1 Актуальность темы
Реальная перспектива использования человеком огромных энергий, скрытых в недрах атома, появилась впервые в 1939 году. На сегодняшний день широкое практическое применение получают различного рода ядерные излучения, несмотря на то, что они опасны для организма человека и в то же время неощущаемы, поэтому для обнаружения и измерения ядерных излучений необходимы специальные приборы.
Основной частью приборов для регистрации ядерных излучений является элемент, воспринимающий излучения, - детектор излучения. Для этой цели используются счетчики разных типов, позволяющие зарегистрировать попавшую в него частицу в виде кратковременного электрического тока – импульса. Наиболее широкое применение имеют газоразрядные счетчики, работа которых основана на ионизирующем действии ядерного излучения. Постепенно их начинают вытеснять сцинтилляционные счетчики (СС), действие которых основано на регистрации вспышек света, возникающих в некоторых веществах под ударами частиц. Основными элементами такого счетчика являются вещество, люминесцирующее под действием заряженных частиц (сцинтиллятор), и фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). В начале 20 века визуальные наблюдения световых вспышек (сцинтилляций) под действием ионизирующих частиц (-частиц, осколков деления ядер) были основным методом ядерной физики. Позднее СС был полностью вытеснен.
Его возвращение в ядерную физику произошло в конце 40-х гг., когда для регистрации сцинтилляций были использованы многокаскадные ФЭУ с большим коэффициентом усиления, способные зарегистрировать чрезвычайно слабые световые вспышки. Принцип действия СС состоит в следующем: заряженная частица, проходя через сцинтиллятор, наряду с ионизацией атомов и молекул возбуждает их. Возвращаясь в невозбуждённое (основное) состояние, атомы испускают фотоны (Люминесценция). Фотоны, попадая на катод ФЭУ, выбивают электроны (Фотоэлектронная эмиссия), в результате чего на аноде ФЭУ возникает электрический импульс, который далее усиливается и регистрируется. Детектирование нейтральных частиц (нейтронов, -квантов) происходит по вторичным заряженным частицам, образующимся при взаимодействии нейтронов и -квантов с атомами сцинтиллятора.
Для того чтобы световая вспышка была зарегистрирована ФЭУ, необходимо, чтобы спектр излучения сцинтиллятора совпадал со спектральной областью чувствительности фотокатода ФЭУ, а материал сцинтиллятора был прозрачен для собственного излучения. Для регистрации «медленных нейтронов» в сцинтиллятор добавляют Li или В. Для регистрации «быстрых нейтронов» используются водородсодержащие сцинтилляторы. Для спектрометрии -квантов и электронов высокой энергии используют Nal (Tl), обладающий большой плотностью и высоким эффективным атомным номером.
ФЭУ, предназначенные для СС, должны обладать высокой эффективностью фотокатода (до 2,5%), высоким коэффициентом усиления (108—108), малым временем собирания электронов (~ 10–8 сек), при высокой стабильности этого времени. Последнее позволяет достичь разрешающей способности по времени СС 10–9 сек. Высокий коэффициент усиления ФЭУ наряду с малым уровнем собственных шумов делает возможной регистрацию отдельных электронов, выбитых с фотокатода. Сигнал на аноде ФЭУ может достигать 100 В в виде импульсов трапециевидной формы (видеоимпульсов).
Чтобы не только обнаружить ядерное излучение, но и измерить его интенсивность, недостаточно одного детектора излучения. Необходимы еще электронные устройства, подсчитывающие число электрических импульсов, то есть число попавших в детектор частиц, и устройства, показывающие результат подсчета [1].
Данная работа посвящена разработке электронного устройства считающего число электрических импульсов.
2 Цели и задачи
1. Необходимо реализовать счетное устройство апериодических видеоимпульсов с заданными параметрами:
· Диапазон изменения амплитуды входного сигнала 5…20В;
· Длительность импульса τ, не менее 10 нс;
· Минимальный интервал между импульсами , 10 мкс.
2. Для отображения счета необходимо наличие индикатора. Реализовать индикатор, на котором высвечивается число импульсов в непрерывном режиме счета через некоторый промежуток времени.
3. Управление устройством осуществляется посредством кнопок: старт/стоп – (начало счета/конец счета), сброс – (сброс счетчика).
3 Анализ задания и выбор платформы
Конечно, реализовать простой счетчик на дискретных элементах (триггерах), что может быть проще? Однако сложность заключается в том, что разработка счетчика на дискретных элементах потребует сложной настройки, что увеличит время разработки и цену устройства. Для моих целей нужен высокоскоростной счетчик. Реализовать его нужно на современной элементной базе. Платформы, на которых можно реализовать счетчик, на сегодняшний день нашлось две ПЛИС и микроконтроллеры, был сделан выбор в пользу первой, то есть ПЛИС так как она легче поддается функциональным изменениям (в дальнейшем это устройство может быть использовано в других целях) и тактовая частота обработки сигнала не фиксирована как у микроконтроллера, её можно задавать аппаратно и делить её в зависимости от необходимости. Итак ПЛИС (Программируемая Логическая Интегральная Схема ).
Из наиболее известных производителей ПЛИС следует отметить фирму Altera. Небольшая, вначале, компания удачно решила задачи стоящие перед ними в начале (определить элементарные базис ПЛИС, разработать математические методы синтеза устройств в выбранном базисе, создать интегрированную систему проектирования цифровых устройств на ПЛИС), путем постепенного согласованного усложнения элементной базы и средств проектирования. Ее успех ко второй половине 90-х годов вывели её в число основных производства микросхем ПЛИС.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
