衍射仪控制系统的研究与设计

论文摘要

随着材料科学的发展,X射线衍射仪越来越广泛地应用于人们的生产和科研领域,如冶金、材料、石油化工、航空航天和教学研究等。这些领域对材料成分的要求越来越高,而分析材料成分和结构的主要设备之一就是X射线衍射仪,所以对其精度和稳定性的要求也就越来越高。材料分析精度的提高,有利于更好的促进生产工艺和方法的改进,生产出更好的合格的材料。衍射仪控制系统需要完成多项任务。本系统主要功能是实现衍射仪的测角仪控制及X射线强度脉冲测量。根据要完成的功能,衍射仪控制系统由硬件和软件两部分组成。硬件包括上位机、控制板、高压电源板和LCD显示屏等,控制板为控制核心,与其他几部分均由RS232接口连接。控制板需要完成接收上位机发出的控制命令并实现对测角仪θ_θ方式控制、x射线强度脉冲计数、间接完成对高压电源板的控制等。本文给出了基于双ARM为控制单元,CPLD实现相关逻辑处理的硬件架构。主ARM主要完成对上位机命令分析和处理、X射线强度脉冲计数和实现LCD实时显示,从ARM接收主ARM的控制命令,实现对测角仪θ_θ方式电机同步控制,配合主ARM完成各种控制方式下的测量任务。经过深入的分析论证和大量的实验,验证了该方案的合理性和可行性。上述系统已完成安装调试和验收。测试结果表明,该系统满足设计要求,达到了预期的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 衍射仪的发展现状
• 1.2.1 衍射仪原理
• 1.2.2 衍射仪的国内外发展
• 1.3 本文的主要工作和内容安排
• 第二章 系统整体方案设计
• 2.1 项目需求分析
• 2.2 系统硬件方案设计
• 2.2.1 系统硬件方案设计考虑因素
• 2.2.2 测角仪控制方案的选择
• 2.2.3 处理器方案的设计
• 2.2.4 通信方案的选择
• 2.2.5 电源系统方案的设计
• 2.2.6 系统结构设计
• 第三章 系统芯片及开发环境
• 3.1 处理器芯片选型
• 3.1.1 处理器芯片概述
• 3.1.2 ARM系列微处理器
• 3.1.3 LPC2378处理器
• 3.2 逻辑控制芯片选型
• 3.3 外扩存储器的选型
• 3.4 数模转换芯片选型
• 3.5 其他芯片的选型
• 3.6 开发环境的选择
• 第四章 硬件电路设计与实现
• 4.1 硬件电路结构
• 4.2 电源电路与复位电路的设计
• 4.2.1 电源电路的设计
• 4.2.2 复位电路的设计
• 4.3 主ARM及其外围电路设计
• 4.3.1 时钟电路和JTAG接口电路设计
• 4.3.2 RS232电路设计
• 4.3.3 铁电存贮器FRAM电路设计
• 4.3.4 主ARM其他外围电路设计
• 4.4 从ARM及其周围电路设计
• 4.5 CPLD及其周围电路设计
• 4.5.1 JTAG接口电路设计
• 4.5.2 时钟电路设计
• 4.5.3 CPLD周围其他电路设计
• 4.6 系统接口电路设计
• 4.6.1 电机驱动信号电路设计
• 4.6.2 脉冲检测板测试信号电路设计
• 4.6.3 窗口电压产生电路
• 4.6.4 电机限位电路接口设计
• 4.7 图纸符号互联图
• 4.8 硬件电路设计总结及实物
• 第五章 硬件调试及电机控制软件设计
• 5.1 硬件调试
• 5.2 ARM及外围电路测试
• 5.2.1 测试原则
• 5.2.2 测试方法
• 5.3 电机控制软件设计
• 5.4 软硬件联合调试
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献