基于ARM的核磁共振波谱仪气动温控系统设计

提出了一种基于ARM（Advanced RISC Machine,先进精简指令计算机）的核磁共振波谱仪气动温控系统设计方案. 该控制系统以ARM为控制器,利用其内嵌的CAN控制器实现CAN总线通信,通过PID控制算法控制气流和温度,实现控制NMR实验样品的更换和旋转,检测并控制样品的温度等功能. 该设计方案具有系统控制灵活、控制精度高以及成本低的优点.      

一体化NMR波谱仪梯度-场频联锁-匀场系统设计

介绍一体化核磁共振波谱仪梯度-场频联锁-匀场系统的设计方案. 该方案使用嵌入式以太网、FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)、EMI(External Memory Interface, 外部存储器接口)和高速串行总线等技术构建了基于以太网的通信系统和使用并行运算的控制系统, 并具备CAN(Controller Area Network,控制器局域网)总线通信的能力. 梯度放大器通过LVDS(Low-Voltage Differential Signaling,低压差分信号传输)接口与主控系统的梯度波形发生器连接,实现与谱仪工作站的交互. 系统采用插板式结构和通用性电路的设计方法,具有很好的扩展能力和适应性,能够满足不同谱仪的需求. 系统在11.7 T(500 MHz)NMR系统中进行了有效的锁场、匀场和梯度特性的测试,证明了该方案的可行性.     

基于VxWorks的水下机器人通信系统设计

针对水下机器人（ROV）在深海高噪声干扰环境中工作的特点,设计了一套基于VxWorks实时操作系统的ROV整体通信系统,实现了水下核心控制器对水下分系统快速高效的信息采集和数据分配,水下系统和水面控制器稳定实时的数据交换;硬件方面设计了以CAN总线为基础的水下通信系统,通过FPGA实现了CAN总线和PC104总线之间的时序逻辑转换,软件方面设计了基于TCP/IP协议栈的水面操控台和ROV之间的网络通信方式和水下各系统之间的CAN总线通信方式,着重介绍了基于缓冲队列的网络通信编程;通信系统数据测试实验表明：CAN总线通信和网络通信均具有良好的实时性和可靠性,满足最初的设计需求,而且采用模块化设计,便于维护和移植。     

核磁共振波谱仪接收机的设计与实现

介绍了液体高分辨率核磁共振波谱仪接收机的设计. 接收机以PCI-104为控制器实现网络通信与采样流程控制,通过FPGA（Field Programmable Gate Array, 现场可编程门阵列）实现数字中频接电路的控制和数据处理,简化了硬件结构;通过在接收机中引入脉冲序列生成器,产生接收机所需的采样控制信号,降低接收机与系统其他模块的耦合度. 最后组成500 MHz核磁共振波谱仪实现核磁共振信号的检测.     

相控阵天线内部通信的CAN控制器IP核设计

为实现相控阵天线波控系统小型化、芯片化的目的,设计了一种基于Avalon总线的CAN控制器IP核。参照CAN2.0B协议规范,给出了CAN控制器IP核的功能结构,利用Verilog硬件描述语言完成了控制器接口逻辑、位流处理器、位时序逻辑等模块设计,并进行了设备驱动及应用软件开发。将设计的CAN控制器IP核、Nios II微处理器、多个单元相位控制器IP核等集成到FPGA中构成子阵级波束控制的SoPC系统。最后对CAN总线的通信性能进行了实验测试。结果表明:设计的CAN控制器IP核能够在实际CAN网络中稳定可靠地收发数据。基于这种方式构建的系统,扩展方便、可移植性高、具有较强的适应性,也可用于高密度、紧凑型工业控制领域。     

高场核磁共振波谱仪频率合成器设计

提出了一种基于锁相环(Phase-locked Loop,PLL)与直接数字合成(Direct Digital Synthesis,DSS)等技术相结合的高场核磁共振波谱仪频率合成器设计方案.该系统以单片机为控制器完成算法运行、参数配置和CAN总线通信功能,运用PLL技术和DDS技术相结合的频率合成方案,通过两次混频,使频率粗调和细调灵活可控,实现宽带低噪声频率输出.将该频率合成器用于自主研制开发的核磁共振波谱仪上进行实验验证,测试得到的线形和灵敏度均达到指标要求,结果证明该设计方案具有可行性.     

高场核磁共振波谱仪频率合成器设计

提出了一种基于锁相环(Phase-locked Loop, PLL)与直接数字合成(Direct Digital Synthesis, DSS)等技术相结合的高场核磁共振波谱仪频率合成器设计方案．该系统以单片机为控制器完成算法运行、参数配置和CAN 总线通信功能,运用PLL 技术和DDS 技术相结合的频率合成方案,通过两次混频,使频率粗调和细调灵活可控,实现宽带低噪声频率输出．将该频率合成器用于自主研制开发的核磁共振波谱仪上进行实验验证,测试得到的线形和灵敏度均达到指标要求,结果证明该设计方案具有可行性．     

NMR波谱仪控制台系统的软件测试

作为保证软件质量的重要手段,软件测试多年来一直受到关注. 本文阐述了核磁共振（NMR）波谱仪研制中的软件测试方法,从软件测试的概念出发,结合波谱仪控制台系统的软件结构和核磁共振实验本身的特性,介绍了整个测试过程,分析了测试难点及其解决方法,并详细说明了软件测试的实现过程以及在提高波谱仪可靠性和稳定性上所起的积极作用.      

控制器局域网络总线在阵列天线中的应用

为控制数万单元的阵列天线,基于控制器局域网络（CAN）总线设计了一套多级通信系统。分析了CAN总线的拓扑结构,根据每路CAN的带负载能力设计了多级CAN总线通信网络的基本结构;基于Nios II软核处理器设计了CAN总线通信节点硬件电路;最后根据阵列天线控制功能的要求,基于CAN2.0B协议设计了应用层通信协议和应用程序。阵列天线波束扫描实验表明,通信系统满足500 kbps以上传输速率的要求,通信时间抖动小于1 ms,当阵列天线辐射峰值功率达到GW量级时仍可以有效控制天线系统。     

自主研制核磁共振波谱仪的性能评估

主要介绍自主研制500 MHz核磁共振谱仪的性能评估情况,旨在建立一台功能完整的核磁共振波谱仪. 首先利用系统调试使控制台各个硬件单元在用户软件控制下实现NMR实验中的基本功能,然后通过性能测试保障功率线性度、信号稳定性和场频联锁的可靠性,实验验证了谱仪溶剂峰压制的效果,并获得良好的探头线形指标（0.43/5.46/10.73 Hz）和¹H灵敏度指标（信噪比为728∶1）,表明自主研制500 MHz核磁共振波谱仪系统能够满足常规核磁共振实验需求.     

强流质子加速器PXIe控制器的子控制系统

针对一台用于加速器驱动次临界系统(ADS)的强流质子加速器,即ADS注入器Ⅱ,开展其定时系统和快保护系统的研究工作,设计了一款可在这两个系统中应用的PXIe控制器。该控制器基于现场可编程门阵列设计,可实现光纤通信、PXIe总线通信、延时触发信号输出等功能。其中,光纤通信功能用于实现各PXIe控制器之间的数据传输;PXIe总线通信功能主要是为了实现控制器与工控机之间的数据交互;延时触发信号输出功能可以给出精确的低电压晶体管-晶体管逻辑电平标准的时序触发信号,从而保证加速器的各子系统和设备能够按照一定的时序协调一致地工作。     

基于BU-61580总线控制器的接口及容错设计

针对RS-422接口与1553B总线接口无法直接进行高可靠性数据通信,提出了一种基于BU-61580总线控制器的接口及容错设计。设计采用1553B接口芯片BU-61580,通过FPGA控制完成了RS-422与1553B的接口控制及二者之间的数据处理。在硬件接口设计的基础上,设计IP-CORE完成BU-61580的芯片配置,并通过增加容错设计提高了总线控制器数据通的可靠性。经测试结果显示,计算机通过总线控制器与RT终端通信稳定、可靠,并应用于某测试系统中。     

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为提高HL-2A 装置辅助加热系统脉冲阶梯调制(PSM)电源的运行效率和操作可靠性,设计并实现了一种基于CAN 总线技术的远程控制通信系统。该系统采用载有SJA1000CAN 总线控制器的PCI 板卡以及TMS320F2812 微处理器分别作为上位机和下位机的通信终端,结合用户界面程序,实现了HL-2A 受控核聚变装 置辅助加热电源的远程控制,提高了其整体控制性能和操作效率。     

基于CAN 总线技术的PSM 电源远程控制通信系统

为提高HL-2A 装置辅助加热系统脉冲阶梯调制(PSM)电源的运行效率和操作可靠性,设计并实现了一种基于CAN 总线技术的远程控制通信系统。该系统采用载有SJA1000CAN 总线控制器的PCI 板卡以及TMS320F2812 微处理器分别作为上位机和下位机的通信终端,结合用户界面程序,实现了HL-2A 受控核聚变装
置辅助加热电源的远程控制,提高了其整体控制性能和操作效率。     

OPENCORE NMR: open-source core modules for implementing an integrated FPGA-based NMR spectrometer

A tool kit for implementing an integrated FPGA-based NMR spectrometer [K. Takeda, A highly integrated FPGA-based nuclear magnetic resonance spectrometer, Rev. Sci. Instrum. 78 (2007) 033103], referred to as the OPENCORE NMR spectrometer, is open to public. The system is composed of an FPGA chip and several peripheral boards for USB communication, direct-digital synthesis (DDS), RF transmission, signal acquisition, etc. Inside the FPGA chip have been implemented a number of digital modules including three pulse programmers, the digital part of DDS, a digital quadrature demodulator, dual digital low-pass filters, and a PC interface. These FPGA core modules are written in VHDL, and their source codes are available on our website. This work aims at providing sufficient information with which one can, given some facility in circuit board manufacturing, reproduce the OPENCORE NMR spectrometer presented here. Also, the users are encouraged to modify the design of spectrometer according to their own specific needs. A home-built NMR spectrometer can serve complementary roles to a sophisticated commercial spectrometer, should one comes across such new ideas that require heavy modification to hardware inside the spectrometer. This work can lower the barrier of building a handmade NMR spectrometer in the laboratory, and promote novel and exciting NMR experiments.     

HIRFL-CSR前端总线控制器的改进设计

论述了用于兰州重离子加速器冷却存储环(HIRFL CSR)控制系统的前端总线系统控制器的改进。 改进了控制器的嵌入式操作系统和应用程序, 开发了控制器和数据库交换数据的应用程序。 该控制器基于BGA封装的ARM920T(ARM9)处理器和嵌入式的LINUX操作系统, 可以连接标准的VGA显示器、 键盘、 鼠标, 采用了现场可编程的FPGA器件进行背板接口设计, 并具有64 mA高驱动能力的总线驱动器, 以及拥有灵活的接口信号定义可编程能力, 是HIRFL CSR控制系统的关键部件。 The EVME bus controller which is a key component of the HIRFL CSR control system was improved . Besides reconfiguring the embedded Linux, a utility program was developed for data exchange between the controller and the database. The bus controller is based on ARM920T(ARM9) micro processor which is BGA packaged. The bus controller has the universal interface of VGA display, keyboard, and mouse. The backboard interface logic is programmed in an in system configurable FPGA device. The bus can drive high current up to 64 mA, with the flexibility of the programmable signal definitions. All the improved performance helped the EVME bus controller play a crucial role in HIRFL CSR control system.