一种基于FPGA的多道能谱采集装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于FPGA的多道能谱采集装置及方法，包括高速脉冲信号源模块、FIFO1模块、峰值检测模块、FIFO2模块、能量计算模块、统计能谱模块。当高速脉冲信号产生后，经ADC模块采集后离散化，进入FIFO1模块储存，用5个寄存器不断更新采集每个脉冲的幅值，当满足比较器条件，完成峰值检测，并触发标志位，同时进入FIFO2模块储存，将峰值前沿与后沿信号幅值进行统计，以面积法求脉冲信号的能量值，最后，以能量值为道址，得到脉冲信号的能谱。本发明专利技术巧妙运用了2个FIFO模块来存储脉冲信号的前沿与后沿的幅值，很大程度上提高了整个系统的实时性。本发明专利技术提供的多道能谱采集装置可运用于对伽马射线暴的研究，并对其他领域采集数据有一定的参考价值。定的参考价值。定的参考价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的多道能谱采集装置及方法


[0001]本专利技术属于多道能谱采集
，具体涉及一种基于FPGA的多道能谱采集装置及方法。

技术介绍

[0002]能谱测量在科学领域中广泛存在，传统方法是以MCU、DSP为核心技术对能谱采集测量，但随着科技的发展，要求采集的数据精度和速度越来越严格，然而传统方法很难满足条件。随着FPGA的发展，FPGA对数据采集方面具有一定的优势，且满足高速与高精度采集。该技术已经在航空航天领域、数字信号处理领域、通信领域等方面取得广泛应用。
[0003]目前报道的基于FPGA的多道能谱数据采集方法有2种，一种是以峰值作为能谱统计的量化值，另外一种是以脉冲宽度作为能谱统计的量化值，但两种方法均存在相同的不足之处，即得到的能谱分辨率很低及传输速率慢。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的不足，本专利技术提供了一种基于FPGA的多道能谱采集装置及方法，能够提升能谱采集实时性。
[0005]本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0006]本专利技术提供一种基于FPGA的多道能谱采集装置，包括高速脉冲信号源模块、FIFO1模块、峰值检测模块、FIFO2模块、能量计算模块、统计能谱模块；
[0007]所述的高速脉冲信号源模块产生的脉冲信号幅值与FIFO1模块相连；
[0008]所述的FIFO1模块中不断提取第一个至第五个数据放入寄存器中进行比较，满足条件时完成峰值检测；
[0009]所述的峰值检测模块与FIFO2模块相连；
[0010]所述的FIFO2模块与能量计算模块相连；
[0011]所述的峰值检测模块触发时才会进行能量计算模块；
[0012]所述的能量计算模块与统计能谱模块相连；
[0013]所述的FIFO1模块用来存储脉冲的后沿数据；
[0014]所述的FIFO2模块用来存储脉冲的前沿数据；
[0015]所述的统计能谱模块即以能量量化值为道址，在相应的道址处加1处理，得到能谱数据。
[0016]所述的FPGA开发板采用的是赛灵思公司的ZYNQ
‑
7020；
[0017]ADC模块采用的是FL9627开发板，FL9627内部集成了2块AD9627芯片，可提供两路AD转换。
[0018]本专利技术还提供上述基于FPGA的多道能谱采集装置的采集方法，包括以下步骤：
[0019]1)高速脉冲信号源模块产生高速脉冲信号，产生每个脉冲的幅度随机、每个脉冲到达时间间隔随机；
[0020]2)高速脉冲信号产生后，经ADC模块采集后离散化，将每个脉冲幅度值存储在FIFO1模块中；
[0021]3)从FIFO1模块中不断提取第一个至第五个数据的幅值，依次放入5个寄存器中，不断地对寄存器中的幅值更新；
[0022]4)将5个寄存器的值放在一个比较器中，进行判断，满足条件，完成峰值检测；
[0023]5)当FIFO1模块存储数据饱和后，溢出的数据顺延进入FIFO2模块存储；
[0024]6)完成峰值检测后，触发标志位置为高电平，同时以面积法得出每个脉冲的能量值；
[0025]7)FIFO1模块用来存储脉冲的后沿数据，FIFO2模块用来存储脉冲的前沿数据；
[0026]8)以能量为道址，在相应的道址处加1处理，最后统计得出能谱。
[0027]峰值检测包括以下步骤：
[0028]1)依次将ADC模块采集的高速脉冲信号的幅度值存入FIFO1模块，并不断更新，将FIFO1模块中第一个到第五个数据取出来，依次存放在5个寄存器；
[0029]2)对这5个寄存器中的幅值进行大小判断，当满足比较器的条件时，则会提取出脉冲信号峰值，若是不满足条件，将会重新提取出FIFO1模块中新的5个数据，再进行判断，重复进行，直到找到峰值；
[0030]3)当判断出峰值时，会有一个脉冲到达标志位置高电平，并将峰值输出，最后就完成了脉冲信号的峰值检测工作。
[0031]本专利技术巧妙设置了2个FIFO模块的使用，对脉冲信号数据的储存，其中FIFO1模块为用来存储脉冲后沿数据的FIFO，FIFO2模块则是存储脉冲前沿数据的FIFO，FIFO1模块是随时进行数据的存储和更新的，也就是它的写使能一直为有效。而当FIFO1模块数据存满后，就立刻将FIFO1模块的读使能置为有效位，同时也将FIFO2模块的写使能置为有效，然后则将FIFO1模块的数据读出并存入到FIFO2模块中。
[0032]当峰值检测模块检测到脉冲信号峰值后，并将脉冲到达标志位置高电平，则同时触发面积法求能量值。所以能够实现FIFO1模块和FIFO2模块来存储脉冲峰值前沿和后沿数据，再将前沿与后沿的数据全部读出并进行求和处理，即可完成脉冲信号的能量计算。最后，以能量为道址，在相应的道址处加1，统计得出能谱。
[0033]与现有技术相比，本专利技术有益效果是：
[0034](1)实时性，巧妙运用了2个FIFO模块来存储脉冲信号的前沿与后沿的幅值，很大程度上提高了整个系统的实时性。
[0035](2)计数率高，本专利技术利用FIFO模块存储信号幅值，再用比较器进行比较，满足条件时，标志位置高电平，说明已经检测到峰值，若不满足条件，重新提取5个数据进行比较，直到满足条件为止。因此，很大程度上减小了运算过程，具有相当高的计数率。
[0036](3)处理速度快，通过FPGA驱动ADC芯片对脉冲信号进行能谱的采集，可以实现高速和高精度采集，而且处理速度很快。
附图说明
[0037]图1为本专利技术装置的组成框图；
[0038]图2为本专利技术峰值检测的流程图；
[0039]图3为本专利技术2个FIFO模块的流通图；
[0040]图4为本专利技术能谱采集时序图。
具体实施方式
[0041]以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。
[0042]本专利技术实施方式的一方面提供一种基于FPGA的多道能谱采集装置，如图1所示，包括高速脉冲信号源模块、FIFO1模块、峰值检测模块、FIFO2模块、能量计算模块、统计能谱模块组成。
[0043]所述的高速脉冲信号源模块产生的脉冲信号幅值与FIFO1模块相连；
[0044]所述的FIFO1模块中不断提取第一个至第五个数据放入寄存器中进行比较，满足条件时完成峰值检测，峰值检测的过程如图2所示；
[0045]所述的峰值检测模块与FIFO2模块相连；
[0046]所述的FIFO2模块与能量计算模块相连；
[0047]所述的峰值检测模块触发时才会进行能量计算模块；
[0048]所述的能量计算模块与统计能谱模块相连；
[0049]所述的FIFO1模块用来存储脉冲的后沿数据；
[0050]所述的FIFO2模块用来存储脉冲的前沿数据；
[0051]所述的统计能谱模块即以能量量化值为道址，在相应的道址处加1处理，得到能谱数据。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的多道能谱采集装置，其特征在于：包括高速脉冲信号源模块、FIFO1模块、峰值检测模块、FIFO2模块、能量计算模块、统计能谱模块；所述的高速脉冲信号源模块与FIFO1模块相连；所述的FIFO1模块中不断提取第一个至第五个数据放入寄存器中进行比较，满足条件时完成峰值检测；所述的峰值检测模块与FIFO2模块相连；所述的FIFO2模块与能量计算模块相连；所述的峰值检测模块触发时才会进行能量计算模块；所述的能量计算模块与统计能谱模块相连。2.如权利要求1所述的基于FPGA的多道能谱采集装置的采集方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，高速脉冲信号源模块产生高速脉冲信号，产生每个脉冲的幅度随机、每个...

【专利技术属性】
技术研发人员：鄢秋荣，吴伟，付小平，郭林，马永昶，陈国银，张彬彬，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：