原创 电子探针波谱仪控制系统的研制

摘要：本文介绍了电子探针波谱仪控制系统的开发背景、基 本分析原理和波谱仪控制系统的组成。利用单片机结合 CPLD 器件完成渡谱仪控制系统的底层设计；利用串行口完 成上、下位机的数据通讯：以Visual Basic为开发环境，结合 数据库、数据库引擎完成波谱仪控制系统的分析软件。

1前言 近几十年．我国先后购买大量的电子探针，对试 样中微小区域(微米级)的化学组成进行定性或定量 分析。虽然中国科学院长春光学精密机械研究所、中 国科学院北京仪器厂、南京江南光学仪器厂等单位都 研制过电子探针，但均没有结果。 然而进口的电子探针 大都年代较远。加之微电子技术迅猛的发展，原来所 配备的控制计算机相继被淘汰，一旦出现故障就很难 修复。而早期进口的电子探针主机性能仍然很好，用 先进的电子探针波谱仪控制系统代替原有的控制系 统迫在眉睫。 94年中国地质大学曾在地矿部科技司的委托和 支持下完成了电子探针微机控制系统的研制。随着电 子技术的不断发展．这套控制系统暴露出一定的缺 点，例如操作仍然是使用面板上的按钮进行控制，基 于DOS系统的分析软件人机交互性不够完备等。温度表| 风速计| 照度计| 噪音计| 辐照计| 声级计| 温湿度计| 红外线测温仪| 温湿度仪| 红外线温度计| 露点仪| 亮度计| 温度记录仪| 温湿度记录仪| 光功率计本课 题就要对电子探针波谱仪控制系统做进一步改进，使 其成为更稳定的，更方便的数字化控制系统。

2总体设计 在Windows平台下开发的波谱仪控制系统结构 如图1所示。该系统利用单片机结合CPLD器件完成 侯剑舒：硕士研究生 国家自然基金资助项目编号45903046 (武汉中国地质大学)侯剑舒 金星 Hou，Jianshu Jin，Xing 波谱仪控制系统底层控制。在Maxplus II平台上使用 硬件描述语言VHDL描述逻辑关系、利用图形编辑完 成CPLD硬件控制电路的设计，实现对各道谱仪和样 品台的位置控制。利用晶振产生合适频率(1OOHZ)的 标准脉冲，提供CPLD所需的时钟信号。CPLD器件主 要实现脉冲分配、脉冲寄存、信号多路选择的功能。以 Visual Basic作为开发环境，结合数据库、ADO、ODBC、 串行通信等技术，重新开发波谱仪控制系统使自动控 制、定性分析、定量分析等功能得以在友好的界面下 实现，并实现数据的共享。

3硬件设计及相关软件设计 波谱仪控制系统包括底层硬件和相关的通讯、控 制、分析软件。波谱仪控制系统底层的硬件设计主要 是利用单片机和CPLD等器件实现。波谱仪控制系统 底层设计的相关软件利用Visual Basic结合汇编语言 实现。 万用表| 钳表/钳型表/钳形表| 钳形功率表| 频率计| 电源| 示波器| 示波表| 场强仪| 信号发生器| 电池测试仪| 频谱分析仪| 电容表| 测振仪| 兆欧表| 电阻测试仪| 多功能测试仪| 电导率仪| 电流探头| 电桥测试仪|通过RS一232异步串行口将上位机与下位机相 连。通信部分硬件连接如图2所示。使用握手联络方 式、半双工通讯、十一位数据通讯传输模式，实现数据 传输。通讯时，PC机向下位机发送命令，下位机实时 的将所采集的吸收电流和计数结果等数据传给上位 机．这些数据进行计算处理后．记录各道谱仪和样品 台的位置并实时显示，更新。并对样品台和谱仪的位 置进行控制。上位机还要分析处理所采集的定标器上 含有试样信息的数据，最终得到元素的浓度关系、完成 定量分析和定性分析。 嚣I 集电流，计数检查，设置加速 定量分析 析数据，参数查询．分析结果显示 定性分析I—一分析数据显示结果 图1波谱仪控制系统 传感器与仪器仪衷 Pc机上使用Visual Basic进行串口编程。vi8ual Basic中的MSCOMM控件的属性与事件为Windows 程序提供了一个与串口打交道的接口，利用MSCOMM 控件提供的事件OnCommn属性的改变，来导致不同 事件的发生。具体是在OnCommn事件中首先读取 CommEvent的属性，判断是什么原因发生了串口事 件，以执行不同的功能代码。完成不同的串口通讯任 务，实现接收数据的处理和数据的显示 C4 VCC 罔2通信部分硬件连接图 主要的功能命令字分别标识以下几种功能：设置 仪器状态(S)，读仪器状态(R)，移动谱仪样品台(M)，采 集X射线强度(P)，读入吸收电流(I)。 自动控制软件主要包括仪器状况、初始化及更 新；专业人员仪器管理；吸收电流、计数结果、x射线强 度显示；加速电压设置几个部分。 波谱仪控制系统底层的硬件设计利用单片机和 CPLD器件实现。单片机实现可编程逻辑芯片片选，采 集探针电流，谱仪计数结果等数据。进行合理的消息 响应完成总体控制部分。CPLD器件完成脉冲分配、脉 冲寄存、信号多路选择、计数等功能模块。选择具有3 个EAB，每个2048字节的EPF10K。完成各个功能模 块的设计。实现同时驱动多台步进电机，存储相关数 据并实现计数功能。使用这种方法减少了分立元件的 使用，除了少数的接口电路以外，各项功能都能在片 内实现。