论文部分内容阅读
兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)的投入使用和重离子治癌项目的建设为大量核物理实验的开展提供了研究平台。NIM电子学系统是核物理实验领域前端电子学的基础平台，这些核物理实验需要NIM电子学系统的支持。但是传统的NIM电子学系统没有计算机接口，无法实现插件参数的计算机调节。如果可以将NIM系统加入数字化和智能化的功能，必将给这个传统的系统注入新的活力，使其不仅能够在实验电子调节方面，也能在数据获取方面焕发新生。 本课题首先制定了一套拥有嵌入式微机控制器和各种功能插件的CCNS系统（Computer Controlled NIM System，计算机控制的NIM系统）设计方案，然后在该方案的指导下，研制了控制器插件和多功能测试板，在此基础上设计完成了CCNS示范系统，实现了传统NIM系统的数字化和智能化，完成了基于自定义背板总线协议NIM插件的自动电子调节，继而与新研制的脉冲采集模块联合，搭建了拥有自主知识产权的中小型多参数数据获取系统，经过大量的测试，系统性能良好，稳定性好，可取代本所部分进口设备。该数据获取系统已成功申请国家发明专利，现处于公示期。 本文从以下几个方面对该课题进行了阐述:1、课题提出的背景和意义;2、CCNS系统的设计方案;3、控制器单元硬件设计和配套软硬件程序;4、多功能测试板设计、自定义总线协议实现及在此基础上设计的CCNS示范系统;5、基于CCNS架构的数据获取系统实现及测试结果。 该课题实现过程中的技术方法为作者在美国一年访学期间的工作研究做了知识储备和技术基础。访学期间参与PET实验，在实验中研究了前端读出电子学、FPGA程序及数据获取系统相关技术为将来CCNS系统的进一步发展提供了大量的经验参考。该课题设计制造的CCNS系统控制器，基于嵌入式微机+FPGA+总线技术，在单宽NIM插件内实现了完整计算机功能，在与多功能测试板联合组建的CCNS示范系统中，自定义背板总线数据传输速率达到33MB/s，测试中，系统不间断运行200小时，稳定可靠。 该课题的创新点有:超低功耗嵌入式微机控制器在单宽NIM插件内的实现;VHDL程序实现PCI协议和自定义总线协议的转化。 通过CCNS示范系统和小型数据获取系统的成功设计和测试，充分验证了计算机控制的NIM数字化系统的可行性，该系统结构灵活，易于扩展，性价比高，经过进一步的系统优化和更多功能插件的研制，将会实现更高性能的NIM数字系统和数据获取系统，为本所实验物理及重离子治癌项目做出贡献，系统实现过程中的一些方法和技术也能够在其他领域得到推广。