基于FPGA的网络型定标系统的研制

• 作 者: 聂本明
• 机 构: 合肥工业大学
• 出 处: 合肥工业大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 定标器 以太网 核脉冲计数仪器 现场可编程门阵列 远程实时监测

定标器是一种核脉冲计数仪器,能够对核探测器的输出脉冲进行计数,一段时间内的计数值反映了辐射的强度,因而在粒子物理、核物理实验中,定标器被广泛的用于放射性测量。传统的定标器一般采用模拟电路来实现,随着可编程逻辑器件和网络技术的发展,核仪器也在向着数字化、智能化、网络化的方向发展。　　
本文简要介绍定标器的应用,详细分析了定标器基本电路结构和工作原理,论述了新型定标器中所涉及到的网络通信及可编程逻辑器件相关知识,分析比较了网络通信的几种不同实现方案。研制了一种新型的定标系统,将FPGA与计算机网络应用于定标器中,实现了对辐射源的远程监测及网络数据传输和处理。　　
该系统的硬件主要由定标电路和网络传输模块构成,前者完成对探测器输出信号的整形、定标器的定时、计数以及控制功能,后者则实现网络芯片控制及数据传输功能。详细介绍了定标电路的基本结构、工作原理、逻辑时序、器件特性和主要接口,并对电路调试中出现的问题及解决方法进行了描述。网络通信功能由网络芯片W5300及其控制器来完成,采用高效的UDP协议作为以太网通信的传输层协议。网络芯片控制器采用硬件描述语言Verilog实现,包括读写时序、初始化、数据包发送和接收以及中断处理,对各模块具体功能及实现方式进行了阐述,给出了相关代码及仿真图,重点分析了网络芯片控制器的操作流程。最后对系统的网络通信及性能参数进行了测试分析,结果表明该系统可以方便、安全地实现对待测粒子或辐射源的远程实时监测。