X射线衍射仪控制系统设计

摘要

随着科学技术的发展，X射线衍射仪在我国众多科学领域内都发挥着越来越重要的作用，尤其是在材料学、医学、药学、冶金等科学和生产领域的应用愈加广泛，这对X射线衍射仪的性能也提出了更高的要求。进口X射线衍射仪精度高，技术先进，但也造价昂贵，而我国在X射线衍射仪的研究领域相对较落后，为了推动国产X射线衍射仪的发展，推广X射线衍射仪在科研领域的应用，研制一台拥有自主知识产权的国产高精度X射线衍射仪具有深远的意义。 本文分析了X射线衍射仪的研究背景，深入了解了X射线衍射仪的工作原理，通过对功能需求进行分析，提出了基于ARM和CPLD的衍射仪控制系统设计方案，并在分析和研究的基础上，实现并验证了该方案。在具体工作上，本文完成了控制系统硬件电路原理图的设计和印刷电路板的设计。系统采用STM32F4芯片作为主控制芯片，它完成衍射仪控制的主要任务，并在CPLD的配合下完成脉冲的计数。此外，本次系统设计采用CAN总线的通信方式实现控制板与附件的通信，经过测试证明通信可靠，并通过软件设计实现了对附件类型的“实时”检测。设计了简洁高效的电机控制算法使测角仪可以按照匀速、加速-匀速-减速等方式运行，在此基础上还制定了有效的复位策略可显著减小测角仪因复位而造成的误差等。 在论文的最后，对衍射仪控制板在实际工作环境中针对功能和稳定性进行了测试，测试结果满足设计要求。以刚玉为测试样本，使用本系统对其进行扫描检测， 检测结果与标准衍射谱图形状吻合，证明该系统能够满足设计要求，实现了预期的全部功能。

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