摘要: 多通道脉冲计数器在天文学、物理学以及生物医学等许多领域都有应用。在许多传统的多通道脉冲计数器系统中，控制模块主要由MCU、DSP或FPGA/CPLD实现。采用MCU或DSP作为控制模块，容易实现较复杂的控制功能，但是由于其程序运行的不确定性难以实现精确... 展开 多通道脉冲计数器在天文学、物理学以及生物医学等许多领域都有应用。在许多传统的多通道脉冲计数器系统中，控制模块主要由MCU、DSP或FPGA/CPLD实现。采用MCU或DSP作为控制模块，容易实现较复杂的控制功能，但是由于其程序运行的不确定性难以实现精确定时。采用FPGA/CPLD容易实现精确定时，但是实现复杂的控制功能较难。针对这个问题，本文利用SOPC技术，在FPGA内集成NiosII处理器作为控制模块，使系统兼备了MCU和FPGA的优点。同时脉冲计数模块也由FPGA实现。因为脉冲计数模块和控制模块集成在一片FPGA内部，增加了系统的灵活性和扩展性，减小了系统的体积。上位机通过RS232发送命令来控制计数器系统，以及接收计数器系统的实验结果。计数器系统可以选择工作在周期重复计数模式或者实时显示计数模式下，并且可以测量系统周围环境的温度和气压。本文的主要工作如下： (1)设计了系统硬件结构，并根据实际需要选择芯片，搭建了系统的硬件平台。 (2)划分了FPGA内部模块：实现了多通道脉冲计数模块，其输出用格雷码表示，避免了计数器系统工作在实时显示计数模式下时，对跳变中的计数值采样可能出错的问题；采用FPGA实现的定时模块控制计数器系统的计数时间，定时精度高；设计并实现了基于FPGA的32位并行CRC(循环冗余校验码)计算模块，用来计算脉冲计数模块输出结果的CRC码，计算速度快。 (3)根据实际需要选择外设，对外设的参数进行设置，构建起SOPC硬件平台，并生成了作为计数器系统控制模块的NiosII嵌入式处理器。 (4)设计了计数器系统应用程序：制定了计数器系统与上位机的通信协议，通过校验与应答重传等机制，提高了通信的可靠性；设计了一种当计数器系统工作在周期重复计数模式下时等待计数完成与发送数据并行的工作方式，利用等待计数器计数完成的时间读取并发送实验数据，提高了计数器系统的工作效率。 (5)对计数器系统进行仿真和测试，测试结果表明计数器系统达到了设计指标，计数器系统定时精度较高，计数频率达到了272MHz。 收起