基于SOPC的多通道脈沖計數(shù)器的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、多通道脈沖計數(shù)器在天文學、物理學以及生物醫(yī)學等許多領(lǐng)域都有應(yīng)用。在許多傳統(tǒng)的多通道脈沖計數(shù)器系統(tǒng)中，控制模塊主要由MCU、DSP或FPGA/CPLD實現(xiàn)。采用MCU或DSP作為控制模塊，容易實現(xiàn)較復雜的控制功能，但是由于其程序運行的不確定性難以實現(xiàn)精確定時。采用FPGA/CPLD容易實現(xiàn)精確定時，但是實現(xiàn)復雜的控制功能較難。針對這個問題，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。同時脈沖計數(shù)模塊也由FPGA實現(xiàn)。因為脈沖計數(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)的靈活性和擴展性，減小了系統(tǒng)的體積。上位機通過RS232發(fā)送命令來控制計數(shù)器系統(tǒng)，以及接收計數(shù)器系統(tǒng)的實驗結(jié)果。計數(shù)器系統(tǒng)可以選擇工作在周期重復計數(shù)模式或者實時顯示計數(shù)模式下，并且可以測量系統(tǒng)周圍環(huán)境的溫度和氣壓。本文的主要工作如下： (1)設(shè)計了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，并根據(jù)實際需要選擇芯片，搭建了系統(tǒng)的硬件平臺。 (2)劃分了F

3、PGA內(nèi)部模塊：實現(xiàn)了多通道脈沖計數(shù)模塊，其輸出用格雷碼表示，避免了計數(shù)器系統(tǒng)工作在實時顯示計數(shù)模式下時，對跳變中的計數(shù)值采樣可能出錯的問題；采用FPGA實現(xiàn)的定時模塊控制計數(shù)器系統(tǒng)的計數(shù)時間，定時精度高；設(shè)計并實現(xiàn)了基于FPGA的32位并行CRC(循環(huán)冗余校驗碼)計算模塊，用來計算脈沖計數(shù)模塊輸出結(jié)果的CRC碼，計算速度快。 (3)根據(jù)實際需要選擇外設(shè)，對外設(shè)的參數(shù)進行設(shè)置，構(gòu)建起SOPC硬件平臺，并生成了作為計數(shù)器系統(tǒng)控制模

4、塊的NiosII嵌入式處理器。 (4)設(shè)計了計數(shù)器系統(tǒng)應(yīng)用程序：制定了計數(shù)器系統(tǒng)與上位機的通信協(xié)議，通過校驗與應(yīng)答重傳等機制，提高了通信的可靠性；設(shè)計了一種當計數(shù)器系統(tǒng)工作在周期重復計數(shù)模式下時等待計數(shù)完成與發(fā)送數(shù)據(jù)并行的工作方式，利用等待計數(shù)器計數(shù)完成的時間讀取并發(fā)送實驗數(shù)據(jù)，提高了計數(shù)器系統(tǒng)的工作效率。 (5)對計數(shù)器系統(tǒng)進行仿真和測試，測試結(jié)果表明計數(shù)器系統(tǒng)達到了設(shè)計指標，計數(shù)器系統(tǒng)定時精度較高，計數(shù)頻率達到了27