中子監(jiān)測(cè)儀的開(kāi)發(fā)與研制

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1、第一章信號(hào)采集電路信號(hào)采集電路是由跟隨電路、放大電路及閩值調(diào)節(jié)電路構(gòu)成。一、跟隨電路由于中子發(fā)生器產(chǎn)生的中子脈沖信號(hào)幅度很小，必須經(jīng)過(guò)放大后，才能夠進(jìn)行長(zhǎng)線傳輸。所以在中子發(fā)生器附近放置了前置放大電路，對(duì)中子脈沖進(jìn)行放大。信號(hào)采集電路作為中子監(jiān)測(cè)儀的信號(hào)輸入端，首先要完成對(duì)信號(hào)的采集工作，這就要求采集電路有足夠高的輸入阻抗，減少輸入損耗。增加輸入阻抗的方法很多，一般采用場(chǎng)效應(yīng)管做跟隨電路，場(chǎng)效應(yīng)管也是一種具有PN結(jié)的半導(dǎo)體器件，它利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制管內(nèi)電流，其輸入端的PN結(jié)工作于反向偏置，或輸入端處于絕緣狀態(tài)，因此輸入電阻非常高。在這里中子脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大電路放大后接近lv左右，幅度已經(jīng)

2、很高，所以在本中子監(jiān)測(cè)儀中，用集成運(yùn)算放大器做一級(jí)簡(jiǎn)單的電壓跟隨器就可以把中子脈沖信號(hào)跟隨到系統(tǒng)中來(lái)。二、放大電路由于跟隨電路進(jìn)來(lái)的信號(hào)幅度在lV左右，所以必須通過(guò)放大電路進(jìn)行放大，此處放大電路要求速度足夠快，為此采用CA3140做為放大器。電路圖如圖1．1：■罪jll}{。l蘺重?i堅(jiān)j：。一{。oIj■；．!雛羔囊愛(ài)-：÷’：：‘‘。j密卜}一爹≮泣—h蘭蘭霉一匹髏艇囂‘．0j一：一i藏薪_矧翳f^L型一’／r丁。喜ii；，}{一}㈢”P熏。圖1-1．放大電路Kl是一級(jí)跟隨器，信號(hào)從VIN輸入，K2完成的是放大功能，通過(guò)調(diào)節(jié)電位RK4控制放大器的放大倍數(shù)，信號(hào)放大后送到閾值電路，在送之前

3、，本電路又增加了一級(jí)跟隨器用以提高信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力。三、閾值電路中子脈沖信號(hào)并不是同一幅度的脈沖，并且還會(huì)出現(xiàn)一些低幅度的干擾信號(hào)。如果不把這些干擾信號(hào)除去，將會(huì)影響中子監(jiān)測(cè)儀的計(jì)數(shù)，解決的方法是使用閾值調(diào)節(jié)電路。通過(guò)調(diào)節(jié)閾值，消除干擾信號(hào)，同時(shí)把不同幅度的脈沖信號(hào)變成同一幅度的方波信號(hào)。閨值調(diào)節(jié)電路利用施密特觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。施密特觸發(fā)器屬于電平觸發(fā)，當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到某一額定值時(shí)，輸出電平會(huì)發(fā)生突變。對(duì)于正向和負(fù)向增長(zhǎng)的輸入信號(hào)，電路有不同的閨值電平，即具有滯后電壓傳輸特性。閾值電路圖如圖1．2：{≤’{。斛霎需J0淄鼎‘；l酒：}；i；f：：-．I，i．：．jl圖1-2．閾值電路將555定時(shí)器的閾

4、值輸入端6腳和觸發(fā)輸入端2腳連在～起便構(gòu)成了施密特觸發(fā)器，5腳外接控制電壓vlc，該電壓通過(guò)一個(gè)電位器分壓得到，調(diào)節(jié)電位器就可以調(diào)節(jié)滯后電壓的范圍。三角波或者其他波形的信號(hào)經(jīng)過(guò)由555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器后將輸出方波信號(hào)，而一些幅度低于閾值的雜質(zhì)信號(hào)將會(huì)被不能通過(guò)。調(diào)節(jié)控制電壓變小，將會(huì)有部分雜質(zhì)信號(hào)通過(guò)，這時(shí)計(jì)數(shù)值可以看到呈增長(zhǎng)趨勢(shì)；控制電壓變大，則計(jì)數(shù)值呈下降趨勢(shì)。工作原理圖6如圖l一3ⅥVic1／2Vic0VoI圖1．3．閾值電路原理圖閾值電路在測(cè)試過(guò)程中工作很穩(wěn)定，足夠滿足中子監(jiān)測(cè)儀的脈沖帶寬。但如果進(jìn)行頻率更高的閾值調(diào)整，555定時(shí)器所構(gòu)成的施密特電路將不能夠滿足需要，在實(shí)驗(yàn)過(guò)

5、程發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸入信號(hào)的頻率超過(guò)1Mhz時(shí)，555定時(shí)器所構(gòu)成的施密特觸發(fā)器將停止工作。對(duì)于中子監(jiān)測(cè)儀來(lái)說(shuō)，1Mhz的帶寬已經(jīng)足夠，如果需要更高的帶寬則可以通過(guò)另外的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先利用高速比較器把輸入信號(hào)變成方波信號(hào)，然后利用D／A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一個(gè)模擬輸出，該輸出與輸入信號(hào)進(jìn)行比較，大于輸入信號(hào)比較器輸出為低電平，反之為高電平：最后比較器的輸出結(jié)果與高速比較器的輸出經(jīng)過(guò)與門電路，就可以完成閡值調(diào)節(jié)功能。不過(guò)，電路的設(shè)計(jì)要復(fù)雜很多。電路框圖如圖1-4：圖1-4．改進(jìn)的電路框圖7第二章液晶顯示器第一節(jié)液晶顯示器原理介紹中子監(jiān)測(cè)儀需要顯示器件來(lái)顯示計(jì)數(shù)值，可以采用數(shù)碼管，也可采用LCD液晶顯示器。本監(jiān)

6、測(cè)儀選擇LCD液晶顯示器主要考慮到以下幾方面。第一：LCD液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)電路和顯示屏集成到一起，接口相對(duì)于數(shù)碼管接口簡(jiǎn)單的多：第二：顯示相同位數(shù)時(shí)，顯示屏的體積相對(duì)于數(shù)碼管的要小得多：第三：制作成成品后，LCD液晶顯示器要比數(shù)碼管顯得美觀的多?！?、引腳簡(jiǎn)介L(zhǎng)CD液晶顯示器采用的是大連東富彩色液晶顯示器有限公司生產(chǎn)的EDMl601A型號(hào)。EDMl601A是單屏結(jié)構(gòu)，以5*8點(diǎn)陣顯示單行16個(gè)字符，共有14個(gè)管腳。l腳電源地GND，2腳電源電壓(+5V)VCC，3腳為L(zhǎng)CD驅(qū)動(dòng)電壓VEE，該引腳電壓的高低將影響LCD液晶顯示器的亮度，引腳通過(guò)一個(gè)電位器與電源電壓相連，這樣調(diào)節(jié)電位器就可以調(diào)節(jié)L

7、CD液晶顯示器亮度。為了調(diào)節(jié)更加方便，可以引入數(shù)字電位器，通過(guò)對(duì)鍵盤的控制即可調(diào)節(jié)亮度，而不必在用螺絲刀調(diào)節(jié)電位器，由于時(shí)間有限，這部分并沒(méi)有做，但該系統(tǒng)已經(jīng)留出所需的端口。4腳為RS腳，RS是輸入口，輸入MCU選擇模塊內(nèi)部寄存器類型信號(hào)，當(dāng)Rs為0時(shí)，MCU進(jìn)行寫模塊操作指向指令寄存器：MCU進(jìn)行讀模塊操作指向地址寄存器，而當(dāng)RS為l，無(wú)論MCU進(jìn)行寫模塊操作還是讀模塊操作均指向數(shù)據(jù)寄存器。5腳為R／W，也