基于FPGA的X荧光分析仪数据采集系统设计

摘要

主要是基于FPGA(Field Programmable GateArrav)设计一个以NiosⅡ为处理器的便携式X射线荧光分析仪数据采集系统。主要包括数据采集系统的硬件设计和软件设计。硬件设计重点介绍了峰值保持电路的工作原理、ADC、FLASH、SDRAM及串口芯片的选取和设计。数据采集系统的软件设计主要介绍了SOPC方案的确定，接口电路的设计及软件的设计等。给出了系统的测试结果，包括数据采集系统的线性、稳定性及其它技术指标，最后给出了实际谱线测量结果。在算法理论上，通过对信号的两种不同处理方式，实现对谱线的两种描述。一种是对谱线的全局描述(粗略的128道描述)，另一种是谱线的局部描述(精细的128道描述)。 与国内现有数据采集系统相比，论文有以下特色和创新： (1)采用FPGA低功耗芯片； (2)采用SOPC技术，使设计紧凑，合理； (3)利用IP核技术，使设计简化，可靠性高； (4)利用软核NIOS Ⅱ处理器，使设计更加简单，智能； (5)提出了对数据处理的两种算法。

目录

文摘

英文文摘

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第1章引言

1.1选题依据及研究意义

1.2国内外研究现状综述

1.3 X荧光分析的基本原理

1.4嵌入式系统研究

1.4.1嵌入式系统的结构及特点

1.4.2嵌入式系统设计方法

1.5本课题研究内容

1.6论文结构安排

第2章FPGA数据采集系统硬件设计

2.1总体电路硬件结构框图

2.2峰值保持电路

2.2.1峰值保持器电路原理

2.2.2实际应用电路

2.2.3集成电路介绍

2.3 ADC模块

2.3.1ADC转换器发展概述

2.3.2 MAX187

2.3.3 AD574

2.4存储单元设计

2.4.1闪速存储器(FLASH)

2.4.2动态随机存储器(SDRAM)

2.4.3存储器芯片的选择和应用

2.5串行接口电路

第3章FPGA数据采集系统软件设计

3.1软核CPU种类

3.1.1软核LEON2微处理器

3.1.2软核Openrisc微处理器

3.1.3软核Nios系列微处理器

3.2外设IP核

3.3片上互联总线技术

3.3.1 AMBA总线

3.3.2 Wishbone总线

3.3.3 Avalon总线

3.3.4三种片上总线比较

3.4实现方案

3.4.1使用Nios Ⅱ软核的SOPC解决方案的特点

3.4.2系统开发工具

3.4.3软件开发环境及板级支持包

3.5在SOPC Builder下生成系统

3.5.1接口设计

3.5.2程序设计

第4章系统测试

4.1数据采集系统的线性

4.2数据采集系统的稳定性

4.3数据采集系统的主要技术指标

4.4实际样品测量

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文