05微机化核辐射仪器

1、第五章:微机化核辐射仪器第一节：概述一、核辐射仪器的发展历程和整个仪器仪表的发展过程一样，我国核辐射仪器的发展也经历了三个历史时期。早期的核辐射仪器都是率表式仪器。它们以盖革计数管或闪烁晶体为探测器，配以用分立元件构成的简单放大器、整形器，最后用率表电路驱动表头的指针来指示照射量率。这类仪器包括从五十年代的YP一4M辐射仪直到七十年代的FD一71辐射仪。七十年代中期，以数字集成电路为基础的数字式核辐射仪器开始出现。它们通常以闪烁晶体为探测器，配以CMOS集成电路组成的放大器、整形器、定时控制器、计数显示器，组成数字式辐射仪。到八十年代初中期，有些辐射仪又增加了自动归一化测量及运算电路使仪器不仅

2、可以自动进行定时测量，显示出r辐射强度，而且还可直接显示出放射性物质的含量。这一阶段的数字式核辐射仪器主要型号有PD一3013、FD一3003、FD一3017等辐射仪。八十年代末期，随着CMOS单片微机的出现，单片机化核辐射仪器也开始出现。人们用CMOS单片微机取代了传统仪器中的定时器、控制器、运算器和计数器，并充分利用计算机的强大数据处理及存储能力使仪器具有了自检、自测参数、数据处理、数据存储以及和微机通信功能。这类智能化核辐射仪器主要有FD一3022四道能谱仪、FD一3029测井仪。如图4.1所示，单片机化放射性仪器由硬件及软件两大部分组成。图4。1 单片机化核辐射仪器的组成1、软件部分

3、单片机化核辐射仪器的软件部分由自检软件、监控软件、数据处理软件等部分构成。(1)自检软件：这种软件是一种用于自动检查仪器硬件部分是否存在故障，以及检查仪器是否能正常工作的软件。(2)监控软件：监控软件是用于人机会话、管理控制整个仪器工作的软件，它是整个系统软件的骨架。(3)数据处理软件：这部分软件用于对从探头采集来的数据进行各种处理。在单片机化放射性勘查仪器中常用的数据处理软件有平均值滤波软件、归一化软件、测模型求参数软件、解方程求含足软件、平滑、找峰、剥谱等软件。2硬件部分单片机化 放射性仪器的硬件部分由探头、主放大器、幅度分析器和单片微机系统组成其中单片微机系统又由单片微机、显示器、外接存

4、储器、键盘、打印机、通信接口等几部分组成。单片机化放射性仪器的探头通常由辐射探测器、高压变换器、前置放大器三部分组成，它们将所接收到的环境核辐射转化为核辐射脉冲。探头的实际电路可参看图4.2。 在单片机化放射性仪器中常用的辐射探测器有：主要探测辐射的气体探测器(电离室、计数管)，探测辐射的NaI(T1)闪烁探测器、BGO闪烁探测器、蒽晶体闪烁探测器、塑料晶体闪烁探测器；探测辐射的ZnS(Ag)闪烁探测器及半导体金硅面条探测器。这些探测器将所接收到的核辐射转化为核辐射脉冲。高压变换器是一种高效率的稳定度较高的DC-DC直流变换器。它把低压直流电转化为稳定的高压直流电，用以供给光电倍增管工作(60

5、0-1200v)，或供给半导体探测器工作(40-190V)。由于高压的大小直接影响输出电脉冲的幅度所以高压变换器都带有稳压电路。由于探测器高压功耗很小，所以高压变换器为追求高效率和低功耗，设计的输出电流都很小，仅为毫安及微安级。LCD现已成为智能仪器仪表的主流显示器件,一般选用日本OPTREX公司和香港精电公司的产品。基于单片机的核能谱数据采集系统是以多道脉冲幅度分析器为核心，结合脉冲信号采集和核能谱数据处理的综合应用系统。该数据采集系统能够完成核能谱数据的获取和分析的整个过程，并有功耗低、体积小、质量轻,便于携带等适合现场操作等特点。 二、方框图核能谱数据采集系统的硬件框图如图4.1所示，由

6、探测器、线性脉冲放大器、多道脉冲幅度分析器、单片微机系统等构成。单片微机系统完成谱数据的获取和分析功能。 三、工作原理（一）硬件设计 1、多道脉冲幅度分析器多道脉冲幅度分析器是多道数据采集系统中的核心部件，其原理结构框图如图4.2。多道脉冲幅度分析器的作用是把被测得的模拟量转换成计算机能接受的数字量，即完成对脉冲幅度的甄别。其工作过程如下：获取能谱信号(采样脉冲峰值)，ADC将脉冲幅度转换成与之成正比的数值量,再以数字量作为存储器的道址码记录脉冲数，存储于存储器中的各道计数即表征了脉冲按幅度大小的分布情况，然后再进行数据处理。2、LCD接口电路单片机与LCD有两种接口方式：直接访问方式(或称总

7、线方式)和间接控制方式。所谓直接访问方式就是把LCD作为存储器或I/O设备直接挂在计算机的总线上。控制器的数据线接在单片机的数据总线上，片选及寄存器选择信号由单片机的地址总线提供,读和写操作由单片机的读写操作信号控制。LCD的单片机接口时序有Intel8080时序和M6800时序两种,在单片机与LCD的直接方式下接口首先考虑时序转换问题。设计中选用的主控单片机AT89C55为Intel8080时序,而SED1335接口也选用Intel8080时序的接口电路,所以无须时序转换。（二）系统软件设计1、编程语言选择在研制单片机应用系统时，汇编语言是一种常用的软件工具。它能直接操作硬件，指令的执行速度

8、快。但其指令系统的固有格式受硬件结构的限制很大，且难于编写与调试，可移植性也差。尤其是在数据的处理上，汇编语言在多字节数据处理、浮点数处理上有着很大的难度。在汇编中嵌入C语言，这样使得程序在多字节数据处理、浮点数处理上变得很容易。2、软件的结构层次多道数据采集软件是多道数据采集系统的一个重要组成部分,其直接面向用户,其结构如图4。3所示。各层功能如下:1)多道数据采集系统硬件层：直接和底层硬件配合,接收来自AD转换的数据，与外部RAM、PC机以及LCD进行数据交换,响应键盘的操作等。2)协议层：MPU的资源分配，与LCD和键盘的接口规范、相互通信的软协议以及数据的采集。3)应用程序层：实现谱数

9、据的显示,各种参数的设置以及谱线的分析等功能。4)用户界面层：直观体现程序的各种功能,由用户选择任务执行响应的功能。3 软件的功能多道数据采集系统软件直接与硬件接口，实现硬件驱动(软件对硬件的调度如图4所表示)，同时编制用户界面和进行谱数据处理，具体说来主要完成以下任务：对控制电路的控制作用；A/D转换结果的读取；外部RAM 的存取；键盘的控制；LCD的控制； 测量时间计时；串口通信的控制；界面的编制和谱数据处理。第二节：USB便携式多道能谱仪的设计与实现21 USB的一般概念 USB是英文 Universal Serial BUS 的缩写，中文意思就是“通用串行总线”。它不但是一种新的总线标

10、准，而且也是应用在PC领域的一种新型的接口技术。 以往的电脑系统连接外围设备的接口并无统一的标准，如键盘用PS/2接口，连接打印机要用2 5针的并行接口，鼠标则要用串行或 PS/2接口。USB则将这些不同的接口统一起来，使用一个4针插头作为标准插头。通过这个标准插头，采用菊花链形式可把所有外设连接起来，并且不会损失带宽。USB设备具有连接单一化、软件自动“侦测”以及热插拔的功能。也就是说，在电脑不关机的情况下，就可将设备连接到电脑上，或者将设备从电脑上拔下。这可以说是做到了真正的即插即用。 近年来，USB技术已成为计算机领域发展最快的技术之一，并为越来越多的个人电脑使用者所接受。现在，如果想买

11、了一台没有USB接日的电脑都很困难了。USB技术并不仅限于PC行业，现在每一个计算机硬件的生产商都在尝试在自己的平台上应用USB技术。那么什么是USB呢？ 最初，USB是由Compaq,Digital Eouip-Ment,IBM,Intel,Microsoft,NEC以及Northern Telecom这7家公司共同开发的一种新的外设连接技术。这一技术将最终解决对串行设备和并行设备如何与计算机相连的争论，大大简化了计算机与外设的连接过程。1995年，通用串行总线由“通用串行总线应用论坛（U SBIF）进行了标准化。目前已有许多串行端口和串行总线技术应用于主机与外设之间的通信，但它们都有其特定

12、的目的和缺点。而该组织的目标就是发展一种兼容低速和高速的技术，从而可以为广大用户提供一种可共享、可扩充、使用方便的串行总线。该总线应独立于主计算机系统，并在整个计算机系统结构中保持一致。为了实现上述目标，USBIF发布了一种称为通用串行总线的串行技术规范（Universal Serial BUS） 通常所用的鼠标和调制解调器都是连接在串口上的。但USB并不完全是一个串口，它实际上是一种串行总线。这意味着电脑上的USB接口可以连接许多设备，这些设备可以相互连接在一起，而且不同类型的设场可通过一种称为USB集线器的硬件分离开来。这些与传统的串口上只能连接一个设备是有着本质区别的。但是要想在同一条总

13、线、上连接不同的设备并不容易实现，因为这意味着会有许多设备来共享总线上有限的带宽.对于我们所熟悉的RS2 3 2串口通信的标准来说，其带宽就非常有限，不能用来与打印机相连。当然，也就更不可能利用它来从数码相机上下载图片了。一条RS232串口通信电缆只能连接一个物理设备，而USB上却可以连接多达127个外设。所有这些外设都有可能与主机进行通信。USB不仅要处理好总线竞争问题，还要保证各设备的正常数据通信要求。因此，相对于RS2 3 2而言，tEI3总线的实现机制要复杂得多。22 USB的发展与应用在1996年，USBIF公布了USB规范10，这是第一个为所有的USB产品提出设计请求的标准。199

14、8年，在进一步对以前版本的标准进行阐述和扩充的基础上，发布了USB标准的11规范。而此时联盟仅有四个核心的成员公司，它们是CompAq、Intel, NEC公司。随着USB的普及与推广，USB的成员一直持续不断地增加，如今已是非常庞大的推广组织了。USB接口规范11中的12MBIT/S的传送速度可满足大部分的使用需求。当然，快速的20规范，提供更佳的传输率。USB 20的传翰速度最高可以达到480 Mbps，也即是480 Mbits. USB 20于 2004年4月发表，新增了高速模式。USB20是版本更新的一大跃进，它加入了许多高速传输的特性支持。原来的预测是希望增进20倍的传输速率，实际上

15、增进了40倍的传输速率(4 8 0 M b/S), 对打印机、扫描仪、硬盘以及影像设备等，无疑是一大福音。同时，USB 20与 USB1l兼容，它们使用相同的连接器和电缆。不过，如果要使用最新的高速传输，则必须使用与 USB20兼容的主机与集线器。如果将较慢的外围设备连接至与 USB20兼容的集线器上，集线器会自动转换外围设备的速率和 USBl0的速率。可在网站免费下载 USB 20规范，同时也可找到最新USB信息。其网址是http：/。 在USB方式下，所有外设都在机箱外连接，不必再打开机箱，允许外设热插拔，而不必关闭主机电源。USB采用“级联”方式，即每个USB设备用

16、一个USB插头连接到一个外设的USB插座上，而其本身又提供一个USB插座供下一个USB外设连接使用。通过这种类似菊花瓣式的连接（星型结构），一个 USB控制器可连接多达 12 7个外设，而每个外设间距离（线缆长度）为5m。USB能智能识别USB链上外围设备的插入或拔出，USB为PC的外设扩充提供了一个很好的解决方案。 主机和USB设备之间的连接拓补结构是星型连接。USB连接器分A系列和B系列，一般USB设备利用B系列连接器与主机连接，而键盘、鼠标和扩充集线器等USB设备则利用A系列连接器与主机实现连接。主机与要求全速传输的USB设备连接时。可利用HUB级联方式延长连接距离，但最多允许5个HUB

17、级联，最长扩展连接距离不得超过30m。 对一般外设而言，USB有足够的带宽和连接距离来支持它。USB允许3种数据传输速率，低速传输为1。 5 Mb/S，全速传输为 12 Mb/S，而高速传输为 480MbS和 其连接采用 4芯电缆（电源线2条和信号线2条）。USB能支持高速接口，如 ISDN、PRI和TI，使用户拥有足够的带宽供新的数字外设使用。 USB技术正在不断地发展和完善，因而支持USB技术的外设也在不断地涌现，如USB键盘、USB鼠标、U SB调制解调器等。可以预见，以后的主板上将没有PS/2、C0M等规格不一的外设接口，取而代之的是数个USB接口，所有外设都通过这一接口连接。不管是计

18、算机还是连接的外围设备，在新产品开发时保持兼容性是必须考虑的。即使是革命性的新外围设备，也必须使用到所连接计算机提供的接口。当设计一个外围设备的接口时，该外围设备应具备以下特性。 稳定性：具备自动查错和除错的功能，使错误的发生率几乎为零。 便宜：让大部分用户都有能力购买。 省电：在便携式计算机上能降低电池的消耗。 有弹性：让许多不同种类的外围设备都可以使用这个接口。 快速：此接口不可以成为传输的瓶颈。 容易使用：用户容易安装、设置与使用。 操作系统的支持：如果操作系统支持此接口，则开发者就不必自行开发底层的驱动程序。USB就是一个符合上述条件且便于开发最新外围设备的接口。USB不仅设计简单，而

19、且使用起来非常有效。许多不同种类的外围设备，例如鼠标、键盘、扫描仪、移动硬盘、打印机等，都可以使用 USB接口。由于要求设计的USB外围设备使用时比较灵活，使得US口接口开发比起以前的接口开发更复杂，所以对设计USB外围设备的人来说，开发USB接口是一项挑战。当 USB最早出现在PC机上时，Windows操作系统尚未包含所有外围设备的驱动程序。不过，这些问题现在都已经解决。因为越来越多的控制芯片、开发工具以及操作系统支持USB接口，所以USB已成为在外围设备上广泛采用的标准接口。23 USB的特点 若将外围设备连接到计算机上，USI3接口是优先的选择，不管是使用外围设备的用户，还是开发USB软

20、硬件的设计者，USB都有让双方满意的特性。 1使用方便使用USB接口可以连接多个不同的设备，支持热插拔；在软件方面，为USB设计的驱动程序和应用软件可自动启动，无须用户干预。U SB设备也不涉及IRQ冲突等问题，它单独使用自己的保留中断，不会与其他设备争用PC机有限的资源，为用户省去了硬件配置的烦恼。U SB设备能真正做到“即插即用”。2传输速率高在传输速率方面，USB支持3种信道速率：低速（Low speed）的 15 Mb/S、全速(full speed）的 12 Mb/S以及高速(hiph speed）的480 Mb/S。具备USB功能的PC都支持低速与全速，而高速则需要支持 USB 2

21、0的主机板或扩充卡。通常 USB传输速率指的是信号或信道支持的位速率，每一个USB设备的实际数据传输速率会比理想值低。除了数据之外，信道还需要传输状态、控制与错误检查的信号。由于多个USB设备可能分享同一个信道，所以在实际应用中，对于单一传输最大速率，在高速模式下为5 3Mb/S，在全速模式下为 12 Mb/S乍，在低速模式下则为8 0 0 b/S。 3连接灵活USB接口支持多个不同设备的串列连接，一个USB接口理论上可连接127个USB设备。连接的方式也十分灵活，既可以使用串行连接，也可以使用集线器（HUB）把多个设备连接在一起，再与PC机的USB接口相连。在USB方式下，所有外设都在机箱外

22、连接，不必打开机箱；并且允许外设热插拔，而不必关闭主机电源。USB采用“级联”方式，即每个USB设备用一个USB插头连接到一个外设的USB插座上，而其本身又提供一个USB插座供下一个USB外设连接用。通过这种类似菊花链式的连接，一个USB控制器可连接多达127个外设，而每个外设间距离（线缆长度）可达5m。USB还能智能识别USB链上外围设备的接入或拆卸。4独立供电普通使用串口、并日的设备都需要单独的供电系统，而 U SB设备则不需要，这是因为USB接口提供了内置电源。由于USB电源能向低压设备提供5 V的电源，因此新的设备就不需要专门的交流电源，从而降低了这些设备的成本并提高了性价比。5支持多

23、媒体USB提供了对电话的两路数据支持，并可支持异步以及同步数据传输，使电话可与PC集成，共享语音邮件及其他特性。USB还具有高保真音频。由于USB音频信息生成于计算机外，因而减少了电子噪音于扰声音质量的机会，从而使音频系统具有更高的保真度。另外，USB还具有稳定的传输，可工作在低功耗模式以及高性价比等优点。但 USB同时还存在着一些不足，主要表现在：缺乏对旧的设备和操作系统的支持，传输速率与电缆长度的限制及不支持点对点（peer-to-peer）的连接等方面。 USB设备不支持点对点的连接，外围设备之间不能直接彼此沟通，必须通过主计算机才行。而IEEE1394设备支持点对点的连接，允许外围设备

24、直接通信。这样就大大地限制了USB设备的应用领域。针对这个问题，USB的相关组织在2001年定义了一个USB OTG(On-The-Go）规范来补充USB 20规范，从而弥补了原来的不足。 24 USB系统的描述 一个USB系统主要被定义为以下3部分： U SB的互连； .USD的设备； USB的主机。 USB的互连是指USB设备与主机之间进行连接和通信的操作，主要包括以下几方面。 总线的拓扑结构：USB设备与主机之间的各种连接方式。 层间关系：USB的任务被分配到系统的每一个层，每一层完成特定的任务。 数据流模式：描述了数据在系统中通过USB从产生方到使用方的流动方式。 USB的调度：USB

25、提供了一个共享的连接。对可以使用的连接进行调度，以支持同步数据传输，并且避免了优先级判别的开销。USB设备与USB主机通过USB连接。USB的物理连接是有层次性的星型结构，每个网络集线器是在星型的中心，每一段都是从主机到集线器或其功能部件，或者从集线器到集线器或其功能部件之间的一个点到另一个点的连接，从图4l一中可看出 USB的拓扑结构。图4.l 总线的拓扑结构 1USB的主机在任何USB系统中，只有一个主机。USB与主机系统的接口称作主机控制器。主机控制器可由硬件、固件和软件综合实现。根集线器是由主机系统整合的，用以提供更多的连接点。 2USB的设备 从USB协议的角度来分析，USB的设备可

26、分为以下两类。 网络集线器：提供U SB更多的连接点。 功能器件：为系统提供特定的功能，如 ISDN的连接设备、鼠标、键盘等具体设备。为了满足USB设备正常工作需要，提供的USB标准接口应当满足以下要求： 符合 USB协议标准； 可以响应标准USB操作，如配置和复位操作等； 具有标准的描述信息。 25数据流种类数据和控制信号在主机与LJ SB设备间的交换存在两种通道：单向和双向。USB的数据传输是在主机软件与一个USB设备的指定端口之间。这种主机软件与USB设备的端口间的联系称作通道。总的来说，各通道之间的数据流动是相互独立的。一个指定的 USB设备可有许多通道。例如，一个USB设备存在一个端

27、口，可建立一个向其他USB设备的端日发送数据的通道，并可建立一个从其他USB设备的端口接收数据的通道。USB的结构包含以下4种基本的数据传输类型。控制数据传输：在设备连接时用来对设备进行设置，还可对指定设备进行控制，如通道控制。批量数据传输：大批量产生并使用的数据，在传输约束下具有很广的动态范围。中断数据的传输：用来描述或匹配人的感觉或对特征反应的回馈c同步数据的传输：由预先确定的传输延迟来填满预定的USB带宽。对于任何特定的设备进行设置时，一种通道只能支持上述一种方式的数据传输。1控制传输 当USB设备初次安装时，USB系统软件采用控制数据来对设备进行设置，设备驱动程序通过特定的方式使用控制

28、数据来传输，数据传输是无损性的。2批量传输批量数据是由大量的数据组成，如使用打印机和扫描仪时，批量数据是连续的。在硬件级上可使用错误检测，以保证可靠的数据传输，并在硬件级上引人了数据的多次传输。此外，根据其他一些总线动作，被大量数据占用的带宽可以相应地进行改变。3中断传输中断数据是少量的，且其数据延迟时间也是有范围的。这种数据可由设备在任何时刻发送，并且以不慢于设备指定的速率在USB上传输。中断数据一般由事件通告、特征及座标号组成，只有一个或几个字节。匹配定点设备的座标即为一例。虽然精确指定的传输率不必要，但USB必须对交互数据提供一个反应时间的最低界限。4同步传输同步数据的建立、传输和使用是

29、连续且实时的，并以稳定的速率发送和接收实时的信息且使接收者与发送者保持相同的时问安排。除了传输速率，同步数据对传输延迟非常敏感，因此，同步通道带宽的确定，必须满足对相关功能部件的取样特性。不可避免的信号延迟与每个端口的可用缓冲区数有关。一个典型的同步数据的例子是语音。如果数据流的传送率不能保持，数据流是否丢失将取决于缓冲区的大小和损坏的程度。即使数据在USB硬件上以合适的速率传输，软件造成外传输延迟将对那些如电话会议等实时系统的应用造成损害。实时地传输同步数据肯定会发生潜在瞬时的数据流丢失现象。换句话说，即使许多硬件机制（如重传）的引入也不能避免错误的产生。实际应用中，U SB的数据出错率小到

30、几乎可忽略不计。从USB的带宽中给USB同步数据流分配了专有的一部分，以满足所想得到的速率。USB还为同步数据的传输设计了最少延迟时间。 26 EZUSB 简介1、概述Cypress半导体公司的EZUSB系列芯片以其良好的性能和独特的设计在USB接口开发领域中占有重要的位置。EZUSB2100和 EZUSB FX系列芯片是全面支持 USBll的全速系列芯片。在此基础上，Cypress半导体公司又研制了 EZUSB FX2芯片。该芯片符合USB 20协议标准，同时兼容U SBI1全速工作方式，是对EZUSB系列产品的又一推动。该系列芯片的类型及特性如表41所列。Cypress EZ-USB系列（

31、AN21X X）在其他USB结构上进行了重要的改进，包括增强型8051核芯、48 KB RAM、智能划USB核芯和高性能I/O端口。该系列包括10种不同的产品，以适应不同系统的需要。CY7C646XX（EZUSB FX）是Cypress半导体公司第二代全速USB系列产品。该产品比第一代EZUSB产品具有更高的性能和集成水平。它基于 EZUSB特性功能部件，包括智能USB核芯，增强型8051核芯，8 KBRAM和高性能I/O端口。CY7C646XX以提供更快的操作和更多与芯片高速传输数据的方式。2、EZ-USBFX2构成 Cypress公司推出的 EZUSH FX2芯片，将 USB外围接口设备所

32、需的各种功能包装成一个简洁的集成电路。如图 22所示，集成的USB收发器连接到 USB总线中的D 十和D一串行接口引擎（SIE）迸行译码、编码、错误纠正和位填充，变换USB所需的信号电平；最终，从USB接口 SIE发送和接收数据。图4.2 EZ-USBFX2内部结构图2.7 USB驱动程序简介USB接口不像RS232串行接口那么简单，可以直接使用系统所提供的COM端口直接沟通，可移植性也较高。相对地，USB是一个相当复杂的标准接口，同时需要主机侧与设备侧的诸多软件的支持。此外大部分主机侧的连接接口，或多或少都可在Microsoft的操作系统下工作。但需注意的是，USB无法在D0S、window

33、s 3x或Windows NT操作系统下工作。而windows 95较新的修订版也提供了若干的USB驱动程序的支持。Windows 98修订第二版则已提供了大部分的驱动程序。同样，windows2000也具备了这样的基本文持的能力。Microsoft对于在windows 98以及以后的版本中，驱动程序的规划都是架构在win 32Driver Model(WDM)下的，将不同部分的通信过程加以分层规划为一个驱动程序的堆栈，也即是如图43所示的WDM堆栈。应用程序代码经过windows API调用可以通过WDM下的群组或自定义驱动程序来相互通信。图4.3 Windows USB WDM堆栈而在WD

34、M堆栈本身，数据的传渝则是通过低阶的IRP(IO请求封包)，而非调用API函数。较低阶的USB总线驱动程序管理了USB设备电源、设备列举及不同的USB数据交换。而下面的主机控制器驱动程序则是直接采用PC上的USB硬件。若是使用目前windows版本所提供的所有的驱动程序，将可使用户无须重写或修改它们。2.8利用USB接口的多道能谱仪1、传统的多道能谱仪一般采用NIM（Nuclear Instrument Module）插件的标准模式。但其存在体积庞大、抗干扰能力差等缺点，不适合于野外现场测量。为适应多道能谱仪智能化、微机化、便携化的实际需要，采用笔记本电脑作为能谱仪的上位机。常用接口方式主要有

35、RS-232C串口、红外线端口、EPP并口、USB、1394、Ethernet等。基于USB技术的谱数据采集系统的硬件原理框图如图4-4所示。下位机硬件部分主要由射线探测系统(探头)、脉冲信号调理电路、数字电位器、多道脉冲幅度分析器、USB接口电路以及电源电路等构成，其中探头部分包括NaI (T1)闪烁探测器，前置电路和高压电源等，多道脉冲幅度分析器部分主要包括峰值甄别电路、控制电路、AD转换电路以及微控制器系统。上位机由台式或笔记本微机系统构成。软件部分主要由微控制器固件程序、USB设备驱动程序和应用程序组成。2、系统软件设计2.1 微控制器固件程序所谓固件程序就是固化在程序存储器中的程序代

36、码。固件开发使用的是Keil C51语言，开发平台为Vision2集成开发环境。 开发平台概述 由于指令、资源等问题，在进行微控制器固件程序设计时，应该考虑的问题有: (1)固件的执行效率 (2)固件开发的效率和可维护性 (3)固件的可升级性 在早期的微控制器应用系统中，固件设计大多采用的是汇编语言。而随着微控制器硬件的发展，8051微控制器软件开发工具已有C级编译器及实时多任务操作系统(RTOS), C语言是一种编译型的高级程序设计语言，它有功能丰富的库函数、运算速度快、编译效率高、有良好的可移植性，而且可以直接实现对系统硬件的控制。随着C编译器的进一步发展，过去长时间困扰人们的“高级语言产

37、生代码太长，运行速度太慢不适合微控制器使用”的致命缺点已被大幅度地克服。目前，8051上的C语言代码长度己经做到最优汇编程序的1.2-1.5倍，而且目前8051系列微控制器的程序ROM已经做的很大(>64K字节)，代码效率所差的20%-50%已经不是重要问题。关于执行速度的问题，只要有好的仿真器的帮助，用人工优化关键代码就是很简单的事了。如果谈到开发速度、软件质量、结构严禁、程序坚固等方面的话，则C语言的完美绝非是汇编语言所能比拟的。 目前在进行有关微控制器应用设计时，除了在对时间比较严格的模块中使用汇编语言外，其它模块推荐使用C语言。 KeilC51(最新版本为7.01)作为事实上的8

38、051微控制器C编程的工业标准，己被完全集成在Keil公司开发的gVision2 IDE环境中，这个集成开发环境包含:编译器、汇编器、实时操作系统、项目管理器、调试器。在整个微控制器固件的开发过程中，在l,Vision2的集成开发环境下完成所有固件源代码的编写、编译和调试。值的注意的是，iVision2提供了软件仿真功能调试代码，不使用仿真器就可以开发出高质量的代码，大大缩短了开发周期和节约了开发成本。   2.2设备驱动程序概述 在Windows系统下，程序代码是在用户模式(user mode)或是内核模式(kernel mode)中执行。在IA-32处理器中，用户模式相当于CPU的Ring3模式，内核模式相当于CPU的RingO模式。包括USB驱动程序在内的大部分驱动程序，都是在内核模式中执行。在内核模式中，程序代码没有系统