四路低本底αβ测量仪电路设计

锁存，便于MCU读龋具体如图4所示。

可编程逻辑器件CPLD对比较矩阵的14路数字脉冲信号的进行反符合处理和α/β阈处理，产生8路(分别对应每路主探头的αβ信号)计数脉冲，再以8路计数脉冲作为计数器的时钟信号，进行计数处理，计数结果存放在8个寄存器(16位宽)中，MCU可以定时的读取。另外可编程逻辑器件CPLD还实现比较矩阵每路比较阈值的设置和高压模块的高压设置。CPLD采用Altera公司的MAXⅡ系列低功耗CPLD，型号为EPM570，144管脚封装，具有570个逻辑单元^[4]。

微控制器MCU

MCU是仪器的控制中心，完成高压参数和比较阈值参数的配置以及测量数据的读取和发送，并接收主机送来的命令参数。

MCU采用最新的ARM CORTEX-M3内核的STM32单片机，型号为STM32103VBT6，主频为72MHz，128K字节FLASH，20K字节RAM，100管脚封装。该系列具有功耗低，处理能力强等特点^[5]。STM32的SPI1和数模转换器DAC7554连接，采用软件片选信号;UART1实现和计算机的串口通信，同时实现BootLoader功能，用于程序下载;PortC和PortD与CPLD连接，PortC用作地址线，PortD用作数据线，设为开漏输出模式，在需要读取数据时，输出全置1，模拟实现数据总线功能，这样不需要在输入输出时进行端口模式切换，提高了效率和可靠性。

单片机固件开发采用嵌入式操作系统，将整个系统划分为三个并行存在的任务层，按其优先级从高到低顺序排列依次是：数据采集计算任务、串口通讯任务、状态显示任务等，嵌入式操作系统按优先权的高低对各任务进行任务调度。

状态显示及声响输出电路

状态显示电路主要由6路状态指示灯和工作指示灯组成，用于显示各路探测器的工作状态以及仪器的工作状态。声响输出主要由蜂鸣器组成，实现声音提示功能，用于加电、故障、开始测量及测量结束等状态提示，可提醒使用人员及时处理仪器状态或读取数据。

通讯接口

仪器的通讯接口采用串口。串口具有开发简单，传输距离较远，连接方便的特点，是传统仪器的通用接口。采用Maxim公司低功耗RS-232通信芯片MAX3221，工作电压+3.3V，通讯速率115200bps。

电源设计

高压及高压控制电路用于为探头提供稳定可靠的工作高压，采用压控高压电源，工作电压+12V，控制电压0～5V，输出电压范围0～1500V，输出电流5mA，为提高高压精度和稳定性，控制电压采用数模转换器DAC7554实现。

低压电源选择上海衡孚开关电源厂的HF35W-D型开关电源，输出电压为+12V/2A和-12V/1A。电路中共用到的电压有+12V、+5.5V、+3.3V和-12V。其中+12V和-12V经滤波后用于高压及模拟电路供电;+12V通过开关电源LM2595降压至+5V，再经LDO芯片LM1117-3.3转换成转换成3.3V，用于数字电路供电，这种开关电源+LDO的组合电源模式兼顾了高效率和低纹波等特点;+12V通过LDO芯片LM1117-5转换成转换成+5.5V，用于DA数模转换电路供电。具体电路如图5所示。

结语

本文通过放大比较矩阵电路设计实现了多路微弱信号放大处理，采用可编程逻辑器件CPLD实现了反符合电路和计数电路，并基于高性能STM32单片机应用嵌入式软件开发，实现了一种四路低本底αβ测量仪的电路，测试表明该电路功耗低，抗干扰能力强和系统稳定性好，其设计也可用作其他精密测量仪器仪表电路设计参考。

参考文献：
　　[1] 刘海侠,邵建辉,魏星.一种新型四路低本底αβ测量仪[J].防化研究,2012,(1),22-28
　　[2] 山越和雄,低水平放射性测量[M].北京:原子能出版社,1985
　　[3] 光电倍增管基础及应用[M].滨松光子学株式会社,1995
　　[4] 王诚,吴继华,范丽珍.Altera FPGA/CPLD设计(基础篇)[M].北京:人民邮电出版社,2005
　　[5] 王永虹,徐炜,郝立平.STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理与实践[M].北京航空航天大学出版社,2008