СодержаниеВведение 3
1 Актуальность темы 3
2 Цели и задачи 5
3 Анализ задания и выбор платформы 5
1. Составление схемы устройства 7
2. Выбор элементов 9
2.1 Выбор ПЛИС. Описание внутренней структуры ПЛИС 9
2.2 Компаратор 13
2.3 Генератор тактовой частоты 15
2.4 Индикатор 16
2.4.1 Описание контроллера HD44780 17
2.4.2 Подключение ЖКИ-модуля 18
2.4.3 Программирование и управление ЖКИ-модуля: 25
2.5 Стабилизаторы 32
2.5 Программатор ByteBlaster 34
2.6 Сборка устройства 35
3. Конфигурирование ПЛИС 36
3.1 Система проектирования MAX+plus II 36
3.2 Описание программы конфигурации ПЛИС 36
3.2.1 Антидребезговая система (antibounce) 37
3.2.1,1 Встроенная макрофункция – счетчик lpm_counter 38
3.2.2 Двоичо-десятичный счетчик (counter10) 40
3.2.3 Устройство управлением индикатора (wh1602LCD) 41
3.2.3,1 Машина конечных автоматов 42
3.2.4 Делитель тактовой частоты для работы индикатора(divFreq) 46
3.2.5 Общая структура программы 46
Заключение 47
Литература 48
Приложение 1 (Принципиальная схема устройства) 49
Приложение 2 (Список портов ввода вывода ПЛИС epm 3256a) 50
Приложение 3 (Текст программы) 51Введение1 Актуальность темы
Реальная перспектива использования человеком огромных энергий, скрытых в недрах атома, появилась впервые в 1939 году. На сегодняшний день широ-кое практическое применение получают различного рода ядерные излуче-ния, несмотря на то, что они опасны для организма человека и в то же время неощущаемы, поэтому для обнаружения и измерения ядерных излучений необходимы специальные приборы.
Основной частью приборов для регистрации ядерных излучений является элемент, воспринимающий излучения, - детектор излучения. Для этой цели используются счетчики разных типов, позволяющие зарегистрировать по-павшую в него частицу в виде кратковременного электрического тока – им-пульса. Наиболее широкое применение имеют газоразрядные счетчики, рабо-та которых основана на ионизирующем действии ядерного излучения. По-степенно их начинают вытеснять сцинтилляционные счетчики (СС), действие которых основано на регистрации вспышек света, возникающих в некоторых веществах под ударами частиц. Основными элементами такого счетчика яв-ляются вещество, люминесцирующее под действием заряженных частиц (сцинтиллятор), и фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). В начале 20 века ви-зуальные наблюдения световых вспышек (сцинтилляций) под действием ио-низирующих частиц (?-частиц, осколков деления ядер) были основным ме-тодом ядерной физики. Позднее СС был полностью вытеснен.
Его возвращение в ядерную физику произошло в конце 40-х гг., когда для ре-гистрации сцинтилляций были использованы многокаскадные ФЭУ с боль-шим коэффициентом усиления, способные зарегистрировать чрезвычайно слабые световые вспышки. Принцип действия СС состоит в следующем: за-ряженная частица, проходя через сцинтиллятор, наряду с ионизацией атомов и молекул возбуждает их. Возвращаясь в невозбуждённое (основное) состоя-ние, атомы испускают фотоны (Люминесценция). Фотоны, попадая на катод ФЭУ, выбивают электроны (Фотоэлектронная эмиссия), в результате чего на аноде ФЭУ возникает электрический импульс, который далее усиливается и регистрируется. Детектирование нейтральных частиц (нейтронов, ?-квантов) происходит по вторичным заряженным частицам, образующимся при взаи-модействии нейтронов и ?-квантов с атомами сцинтиллятора.
Для того чтобы световая вспышка была зарегистрирована ФЭУ, необходимо, чтобы спектр излучения сцинтиллятора совпадал со спектральной областью чувствительности фотокатода ФЭУ, а материал сцинтиллятора был прозра-чен для собственного излучения. Для регистрации «медленных нейтронов» в сцинтиллятор добавляют Li или В. Для регистрации «быстрых нейтронов» используются водородсодержащие сцинтилляторы. Для спектрометрии ?-квантов и электронов высокой энергии используют Nal (Tl), обладающий большой плотностью и высоким эффективным атомным номером.
ФЭУ, предназначенные для СС, должны обладать высокой эффективно-стью фотокатода (до 2,5%), высоким коэффициентом усиления (108—108), малым временем собирания электронов (~ 10–8 сек), при высокой стабильно-сти этого времени. Последнее позволяет достичь разрешающей способности по времени СС ?10–9 сек. Высокий коэффициент усиления ФЭУ наряду с ма-лым уровнем собственных шумов делает возможной регистрацию отдельных электронов, выбитых с фотокатода. Сигнал на аноде ФЭУ может достигать 100 В в виде импульсов трапециевидной формы (видеоимпульсов).
Чтобы не только обнаружить ядерное излучение, но и измерить его интен-сивность, недостаточно одного детектора излучения. Необходимы еще элек-тронные устройства, подсчитывающие число электрических импульсов, то есть число попавших в детектор частиц, и устройства, показывающие резуль-тат подсчета [1].
Данная работа посвящена разработке электронного устройства считающего число электрических импульсов.
2 Цели и задачи
1. Необходимо реализовать счетное устройство апериодических видеоим-пульсов с заданными параметрами:
• Диапазон изменения амплитуды входного сигнала 5…20В;
• Длительность импульса ?, не менее 10 нс;
• Минимальный интервал между импульсами , 10 мкс.
2. Для отображения счета необходимо наличие индикатора. Реализовать индикатор, на котором высвечивается число импульсов в непрерывном ре-жиме счета через некоторый промежуток времени.
3. Управление устройством осуществляется посредством кнопок: старт/стоп – (начало счета/конец счета), сброс – (сброс счетчика).
3 Анализ задания и выбор платформы
Конечно, реализовать простой счетчик на дискретных элементах (триггерах), что может быть проще? Однако сложность заключается в том, что разработка счетчика на дискретных элементах потребует сложной настройки, что увели-чит время разработки и цену устройства. Для моих целей нужен высокоско-ростной счетчик. Реализовать его нужно на современной элементной базе. Платформы, на которых можно реализовать счетчик, на сегодняшний день нашлось две ПЛИС и микроконтроллеры, был сделан выбор в пользу первой, то есть ПЛИС так как она легче поддается функциональным изменениям (в дальнейшем это устройство может быть использовано в других целях) и так-товая частота обработки сигнала не фиксирована как у микроконтроллера, её можно задавать аппаратно и делить её в зависимости от необходимости. Итак ПЛИС (Программируемая Логическая Интегральная Схема ).
Из наиболее известных производителей ПЛИС следует отметить фирму Al-tera. Небольшая, вначале, компания удачно решила задачи стоящие перед ними в начале (определить элементарные базис ПЛИС, разработать матема-тические методы синтеза устройств в выбранном базисе, создать интегриро-ванную систему проектирования цифровых устройств на ПЛИС), путем по-степенного согласованного усложнения элементной базы и средств проекти-рования. Ее успех ко второй половине 90-х годов вывели её в число основ-ных производства микросхем ПЛИС.
Технология EEPROM обеспечивает сохранение конфигурации при отключе-нии питания. Число логических эквивалентных вентилей ПЛИС находится в диапазоне 600-5000, количество программируемых пользователем выводов 44-208. Микросхемы могут быть запрограммированы с помощью программа-тора, в этом случае можно использовать все линии Ввода/Вывода (I /O). Кро-ме того, все ПЛИС имеют возможность внутрисистемного программирова-ния (in-system programmability) через порт типа JTAG с использованием уст-ройств типа BitBlaster, ByteBlaster и MasterBlaster, тогда 4 порта JTAG резер-вируются для этой цели. Выводы имеют возможность эмуляции режимов от-крытого коллектора и третьего (высокоимпедансного) состояния [2].Литература1. Корсунский М.И.,«Атомное ядро» - М.: Гостехиздат, 1957.
2. Бродин В.Б., Калинин А.В., «Системы на микроконтролерах и БИС про-граммируемой логики» - М.: Эконом, 2002.
3. Вицын Н. «Современные тенденции развития систем автоматизирован-ного проектирования в области электроники» // Chip News, № 1, 1997. С. 12–15.
4. Губанов Д. А., Стешенко В. Б., Храпов В. Ю., Шипулин С. Н. «Перспек-тивы реализации алгоритмов цифровой фильтрации на основе ПЛИС фирмы ALTERA» // Chip News, № 9–10, 1997, с. 26–33.
5. Тех. Док. «One Technology Way, P.O. Box9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A.», http://www.analog.com
6. LCD Controller/Driver LSI. Data Book. © 1994 Hitachi America Ltd.
7. «Алфавитно-цифровые индицирующие ЖК-модули фирмы Powertip.» Каталог, 1-е издание, © 1998 КТЦ-МК.
8. Микросхема: СЕ110. Техническое описание, 1-е издание, © 1997 КТЦ-МК,
9. Микросхема: DB-CE110. Техническое описание, 1-е издание, © 1997 КТЦ-МК.
10. Тех. Док.«MC78TXX», Fairchild Semiconductor Corporation, 2002, http://www.fairchildsemi.com
11. Тех. Док. «LMS1585A», National Semiconductor Corporation, April, 2000, http://www.national.com, Email: europ.support@nsc.com
12. Тех. Док. «ByteBlasterMV Parallel Port Download Cable» Altera Corpora-tion, July, 2002, Version 3.3
|
|
