基于Labview和USB接口技术的X荧光仪的研制

经过近几十年的探索、研究和实践应用, X荧光分析仪不断地得到发展,并在我国矿产的普查勘探、采矿、冶炼等过程中发挥了重要的作用。但现今X荧光分析仪的一些技术指标,如检测元素的种类、灵敏度、数据传输接口、数据处理和存储能力等仍存在不足。随着电子技术领域研究新成果的不断引入,特别是虚拟技术的迅速发展给仪器工业带来了一次根本性革命。而Labview是虚拟仪器领域中最具有代表性的图形化编程开发平台,是目前国际上首推并应用最广的数据采集和控制开发环境之一,它充分利用了计算机丰富的软硬件资源,具有资源共享、使用灵活、界面友好、成本低、占用的系统资源少、易于扩充和修改等优点[1]。同时,由于串行总线(USB)有较高的传输速率、安装方便、即插即用、扩展性好、可有效降低成本、简化设备的配置和连接等等优点[2],因此非常适合作为多道脉冲幅度分析器与PC之间的通信接口。基于上述情况分析,我们采用虚拟仪器技术和USB总线,研制了X荧光测量系统,与传统的X荧光分析仪相比,它在仪器精度、分辨率、数据处理和存储能力有很大的优势,而且克服了接口方式的很多缺陷。

1　仪器构成及原理

基于Labview和USB总线的X荧光仪由探头、多道脉冲幅度分析器、USB接口电路、PC机4部分组成。电路结构框图如图1所示。

2　硬件及构成

2.1　多道脉冲幅度分析器(MCA)

多道脉冲幅度分析器的硬件框图如图2所示。其中微控制器系统主控芯片选用ADI公司生产的高性能ADμC812单片机,ADμC812在片内集成了自校准的8通道12位高精度ADC、2个12位的DAC;8kB的片内EPROM、640B数据存储器、256B片内数据RAM、3个定时器以及与8051兼容的内核等资源;具有I2C接口、兼容的SPI和标准UART串行端口I/O等。

2.2　USB接口电路设计[4~6]

USB控制器主要有两种类型:第一种是带USB接口的单片机(MCU);另一种是只有USB通信功能的专用接口芯片,在设计USB接口时再配以适当类型的微控制器。本系统采用Philips公司的USB接口芯片PDIUS2BD12(以下简称D12)属于第2种,其优点是可以选择合适的微控制器及其开发系统进行外设开发。D12中的串行输入引擎( SIE)模块起着至关重要的作用,其主要完成所有USB协议层功能,如同步模式识别、并/串转换、位填充/解填充、CRC检验/产生、包PID产生/确认、地址识别、握手信号包响应/产生等。

ADμC812与D12的连接很简单,D12相当于一个外部RAM的器件。D12通过数据总线和控制总线(WR、RD和ALE)与MCU相连。D12采用多路数据/地址复用的工作方式,此时ALE在下降沿锁存地址信息。这种硬件连线方式占用MCU的一个中断。具体的硬件连接如图3所示。