多通道数字化离子阱质谱仪测控系统研究

摘要

质谱仪是一种应用于物质分析、成分鉴定的高灵敏度分析仪器，在制药、食品安全、边防安检、航天技术等热点领域内得到广泛应用。随着中国经济的快速发展和行业科技水平的提高，很多领域对于质谱仪分析效率的要求已超过国内现有质谱仪所能达到的性能，因此，高通量的质谱仪成为当今质谱仪的主要发展方向。
　　为实现多通道数字化离子阱质谱仪中多个质量分析通道的同时运行，提高质谱仪的质量分析效率，本文设计了一套基于 ARM11微处理器S3C6410的测控系统通信控制主板。质谱仪对传输速率的要求较高，而高速数据传输会导致数据误码率的提升，本文对高速通信下的硬件稳定性与差错控制方法进行了研究，从硬件和软件两方面提出高速通信下系统可靠性的改善措施，以降低误码率。
　　通过对高速网络信号完整性问题的仿真与分析，确定电路板层参数与高速信号反射、串扰、延迟现象之间的定量关系，提出并制作了一个支持多通道数字化离子阱、同时具有较高电路稳定性的嵌入式硬件系统。设计了嵌入式系统中总线通信与液晶屏显示的硬件驱动程序，完成测控系统中通信控制主板与信号发生模块、直流输出模块、数据采集模块间的数据传输，以及与计算机间的网络通信。
　　针对测控系统高速数据通信中的数据流偏移和数据跳变问题，提出一种软件层面的差错控制方法。分析了不同循环冗余校验码在测控系统应用环境下的检错性能，选择最优生成多项式用以实现差错控制中的检错环节。设计了一种基于循环冗余校验码的查表式纠错方法，用以实现差错控制中的前向纠错，并对该方法的纠错性能进行了分析，证明该方法可在避免引入附加纠错码的情况下可有效提高通讯可靠性。
　　本文实现的多通道数字化离子阱质谱仪测控系统通信控制主板，具备较高的电路稳定性，在数据通信过程中能够有效降低误码率，提高传输可靠性，可用于多通道数字化离子阱质谱仪的研发与集成。

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第一章 绪论

1.1质谱仪概况

1.2矩形离子阱质谱仪的原理与结构

1.3课题研究现状与意义

1.4论文研究内容

第二章 测控系统通信控制主板的设计与优化

2.1 测控系统功能分析

2.2 通信控制主板电路系统搭建

2.3高速网络的电路稳定性优化

2.4 电源性能分析

2.5 小节

第三章 测控系统通信控制主板的软件设计

3.1 开发环境

3.2 通信控制主板的数据通信设计

3.3测控系统功能实现

3.4 小节

第四章 测控系统数据通信性能优化

4.1 SPI总线同步通信方式建立

4.2 SPI总线通信问题分析

4.3 SPI总线通信数据流同步控制

4.4 SPI总线通信数据跳变差错控制

4.5 小节

第五章 总结

5.1 工作总结

5.2 下一阶段工作展望

参考文献

附录1

附录2

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

上海交通大学硕士学位论文答辩决议书