用ATmega128控制的多道脈沖幅度分析系統

峰值保持原理：開(kāi)始ATmega128控制開(kāi)關(guān)K1閉合，K2斷開(kāi)。U1輸出電壓分成兩路，一路經(jīng)二極管對100PF的電容C1充電；另一路送至電壓比較器U3，與射極跟隨電路U2輸出電壓比較。當U2輸出電壓大于U1輸出電壓時(shí)，此時(shí)電容C1保持的電壓即為峰值電壓。ATmega128接收到U3發(fā)出中斷信號（INT2）后控制開(kāi)關(guān)K1斷開(kāi)，啟動(dòng)高速模數轉換電路對其采集并存儲，完成后控制開(kāi)關(guān)K2閉合，對電容C1進(jìn)行放電。最后控制開(kāi)關(guān)K1閉合，K2斷開(kāi)準備采集下一個(gè)γ事件峰值。電容C1是云母電容器，有極高的防泄露電能力，因而能夠保持窄脈沖信號的峰值。
高速模數轉換電路中，AD9220是ADI公司一款性能優(yōu)良的12位高速模數轉換器，速率可達10MSPS[5]。選擇內部參考源，用單端輸入方式來(lái)進(jìn)行采樣，一次采樣需要一個(gè)時(shí)鐘周期，其速率取決于輸入時(shí)鐘的頻率，電壓輸入范圍為0～5V。
ATmega128采用16MHz晶振，機器周期為62.5ns。通過(guò)軟件編程在PD5端口產(chǎn)生周期為125ns的方波，作為AD9220進(jìn)行采樣的時(shí)鐘信號（CLK）。由于每次采樣后ATmega128還要進(jìn)行數據存儲，數據存儲時(shí)間需62.5ns。故每獲得一個(gè)數據總共需要187.5 ns。經(jīng)測試表明，采用ATmega128成功彌補了89C51速度慢的缺點(diǎn)，充分發(fā)揮了AD9220高速模數轉換的性能，轉換速率達到了5MS/s。
由于A(yíng)Tmega128內部?jì)H含有4K的數據存儲器，當數據采集量大于4K時(shí)，采用62256(32K)擴展外部數據存儲器。
2.3 USB接口電路及軟件設計
采用CH375作為USB控制器，它是一個(gè)USB總線(xiàn)的通用設備接口芯片，內置了USB通訊中的底層協(xié)議，支持主機方式和從機方式，具有8位數據總線(xiàn)（D0～D7）、地址輸入（A0）、讀（RD#）、寫(xiě)（WR#）、片選控制線(xiàn)（CS#）以及中斷輸出（INT#），作為從機掛接到ATmega128
的數據總線(xiàn)上與上位機通信[6]。CH375與ATmega128接口電路如圖4所示。

圖4 USB控制器CH375與ATmega128接口電路
在本地端，采用從機方式的CH375采用內置固件模式。ATmega128對CH375的操作是采用命令加數據的I/O操作方式，任何操作都是先發(fā)命令給CH375（其命令格式參考文獻6），然后是執行數據輸入輸出。CH375接收到計算機端發(fā)送的數據或者發(fā)送完數據后，以中斷方式通知單片機。
在計算機端，采用VC作為計算機端應用軟件的開(kāi)發(fā)平臺，利用CH375動(dòng)態(tài)鏈接庫DLL提供的API函數對其操作。將CH375芯片的驅動(dòng)程序、動(dòng)態(tài)鏈接庫拷貝到計算機中，再將動(dòng)態(tài)鏈接庫的訪(fǎng)問(wèn)入口及函數定義入口添加至VC項目中后，對USB設備的通信編程就幾乎和訪(fǎng)問(wèn)本地硬盤(pán)中的文件差不多了。
3 全能峰測量
該系統探測137Cs得到的全能峰如圖4所示，閾值電路下限閾值電壓設定為0.5V。橫坐標為能量，分4096道，縱坐標為每道的記數值。從該圖中可以得出137Cs的半高寬為171，能量分辨率為8.09%，產(chǎn)生662KeV的γ射線(xiàn)譜峰的最大計數是3395，對應的譜線(xiàn)道數是2115。

4 結束語(yǔ)
該系統由于采用AVR單片機ATmega128作為主控制器和USB總線(xiàn)進(jìn)行數據傳輸，計數率高，死時(shí)間小。不僅具有采集速率高（5MS/s）的優(yōu)點(diǎn)，還具有傳輸速度快（1Mbit/s）、易用、可擴展、快速、傳輸可靠等優(yōu)點(diǎn)，已應用到我校4兆伏靜電加速器的核輻射防護監測系統中。