基于ARM和uCOS-Ⅱ的衍射仪高压控制系统研究与应用

论文摘要

X射线衍射仪目前被广泛应用于冶金、石油、化工、科研、航空航天、教学、材料生产等诸多领域。而X射线管是X衍射仪的关键部件之一,X射线被激发时会产生两种谱线:特征谱线和连续谱线。X射线管的工作状态决定能否产生符合实验要求的X射线特征谱线和连续谱线,这就要求我们对X射线管的工作状态进行精确控制。本文根据X射线管工作状态和衍射仪相关功能的要求,提出了基于ARM和uCOS-II的衍射仪高压控制系统的设计方案,并在分析和研究的基础上,实现并验证了该方案。该系统以ARM为主控制芯片,结合CPLD芯片,完成对X射线管工作状态的控制和其它相关功能的控制。由于多任务的需要,在ARM的基础上引入了嵌入式操作系统uCOS-II。具体的,本文完成了相应原理图和印刷电路板的设计。在ARM7芯片LPC2378上,完成了嵌入式操作系统uCOS-II的移植;在uCOS-II操作系统上,通过对ARM芯片编程,实现了对X射线管的工作状态进行精确控制,以及光闸、水循环等相关功能的控制。上述系统已通过实际的安装调试。测试结果表明,该系统能够满足设计要求,实现全部的预期功能,可完成对X射线管的工作状态的精确控制,和衍射仪相关功能的控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 X 射线管的工作原理和控制方法
• 1.2.1 连续X 射线谱
• 1.2.2 特征X 射线谱
• 1.3 本文主要工作及内容安排
• 第二章 基于 ARM 和 uCOS-II 的嵌入式系统
• 2.1 嵌入式微处理器
• 2.1.1 ARM 微处理器
• 2.1.2 LPC2378 微处理器
• 2.2 嵌入式操作系统
• 2.2.1 嵌入式操作系统选型
• 2.2.2 uCOS-II 操作系统
• 2.3 本章小结
• 第三章 系统的方案设计
• 3.1 系统需求分析
• 3.2 系统方案设计
• 3.3 引入 uCOS-II 的意义
• 3.4 本章小节
• 第四章 系统的硬件设计
• 4.1 ARM 部分的硬件设计
• 4.1.1 ARM 的时钟和JTAG 调试接口设计
• 4.1.2 ARM 的复位电路设计
• 4.1.3 RS232 通信端口设计
• 4.1.4 系统电源模块设计
• 4.2 CPLD 的硬件设计
• 4.2.1 逻辑链路
• 4.2.2 分频电路
• 4.2.3 延时切换电路
• 4.3 本章小结
• 第五章 系统的软件设计与实现
• 5.1 uCOS-II 模块
• 5.1.1 uCOS-II 系统的移植
• 5.1.2 uCOS-II 的任务设计
• 5.1.3 uCOS-II 的中断管理
• 5.2 串口通信模块
• 5.3 光闸控制模块
• 5.3.1 TaskStart 任务
• 5.3.2 Task1 任务
• 5.4 电压电流控制模块
• 5.4.1 Task3 任务
• 5.4.2 Task4 任务
• 5.4.3 Task5 任务
• 5.4.4 Task7～ Task10 任务
• 5.5 电压电流校准模块
• 5.6 故障切断模块
• 5.7 频率读取模块
• 5.8 本章小结
• 第六章 系统调试
• 6.1 硬件调试
• 6.2 开发环境的建立
• 6.3 软硬件联合调试
• 6.4 本章小结
• 第七章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 本文作者在硕士研究生期间所做的工作