四极质谱仪控制器的设计与实现

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随着近年来质谱技术的发展,质谱仪成为应用发展前景最好的科学仪器之一,而四极质谱仪是质谱仪中应用最广泛的一种。本文根据课题要求,从四极质谱仪的工作原理出发,设计并实现了一种四极质谱仪控制器。  本文依据四极质谱仪控制器系统的整体功能,将四极质谱仪控制器系统分为四个模块来实现,即:计算机通信模块、多路控制模块、数据采集模块和射频波形发生模块。计算机通信模块负责将计算机的指令发送给控制器,并将控制器采集的相关数据返回给计算机进行处理,该模块中将以太网通信作为核心,并通过串口通信配置以太网参数。多路控制模块有多路模拟控制和多路数字控制,主要是作为四极质谱仪的直流信号和状态控制系统,并能够对直流电压和相关状态进行监控。数据采集模块用来将质谱数据采集到控制器当中,由程控放大部分和采集A/D部分构成,程控放大部分能够控制质谱信号的增益。射频波形发生模块依照DDS的基本原理,使用DDR SDRAM作为波形存储器,向四极质谱仪当中的质量分析器提供射频调幅信号。这四个模块基于TMS320VC5416 DSP和Altera EP1C6Q240C8 FPGA的控制,按照系统的总体时序进行相应的工作。  本文按照系统的设计方案,通过硬件的设计和相关的编程来实现系统的功能。硬件设计主要是根据每个模块的功能和实现要求选取合适的器件,并按照正确的方式予以电路搭建。编程主要是通过对DSP和FPGA的编程实现通信协议的定制、各种总线接口的时序实现和对各个芯片功能的操作。最后本文对每个模块都进行了调试,并对结果进行了分析。通过实际调试,系统的各个模块都能够满足对四极质谱仪进行控制的需要。  
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