電子探針波譜儀控制系統的研制
摘要：本文介紹了電子探針波譜儀控制系統的開發背景、基 本分析原理和波譜儀控制系統的組成。利用單片機結合 CPLD 器件完成渡譜儀控制系統的底層設計；利用串行口完 成上、下位機的數據通訊：以Visual Basic為開發環境，結合 數據庫、數據庫引擎完成波譜儀控制系統的分析軟件。

1前言 近幾十年．我國先后購買大量的電子探針，對試 樣中微小區域(微米級)的化學組成進行定性或定量 分析。雖然中國科學院長春光學精密機械研究所、中 國科學院北京儀器廠、南京江南光學儀器廠等單位都 研制過電子探針，但均沒有結果。轉速計| 水份計| 水份儀| 分析儀| 溶氧計| 電導度計| PH計| 酸堿計| 糖度計| 鹽度計| 酸堿度計| 電導計| 水分測定儀| 濁度計| 色度計| 粘度計| 折射計| 滴定儀| 密度計| 熱流計| 濃度計| 折射儀| 采樣儀| 然而進口的電子探針 大都年代較遠。加之微電子技術迅猛的發展，原來所 配備的控制計算機相繼被淘汰，一旦出現故障就很難 修復。而早期進口的電子探針主機性能仍然很好，用 先進的電子探針波譜儀控制系統代替原有的控制系 統迫在眉睫。 94年中國地質大學曾在地礦部科技司的委托和 支持下完成了電子探針微機控制系統的研制。隨著電 子技術的不斷發展．這套控制系統暴露出一定的缺 點，例如操作仍然是使用面板上的按鈕進行控制，基 于DOS系統的分析軟件人機交互性不夠完備等。本課 題就要對電子探針波譜儀控制系統做進一步改進，使 其成為更穩定的，更方便的數字化控制系統。

2總體設計 在Windows平臺下開發的波譜儀控制系統結構 如圖1所示。該系統利用單片機結合CPLD器件完成 侯劍舒：碩士研究生 國家自然基金資助項目編號45903046 (武漢中國地質大學)侯劍舒 金星 Hou，Jianshu Jin，Xing 波譜儀控制系統底層控制。在Maxplus II平臺上使用 硬件描述語言VHDL描述邏輯關系、利用圖形編輯完 成CPLD硬件控制電路的設計，實現對各道譜儀和樣 品臺的位置控制。利用晶振產生合適頻率(1OOHZ)的 標準脈沖，提供CPLD所需的時鐘信號。CPLD器件主 要實現脈沖分配、脈沖寄存、信號多路選擇的功能。以 Visual Basic作為開發環境，結合數據庫、ADO、ODBC、 串行通信等技術，重新開發波譜儀控制系統使自動控 制、定性分析、定量分析等功能得以在友好的界面下 實現，并實現數據的共享。

3硬件設計及相關軟件設計 波譜儀控制系統包括底層硬件和相關的通訊、控 制、分析軟件。波譜儀控制系統底層的硬件設計主要 是利用單片機和CPLD等器件實現。波譜儀控制系統 底層設計的相關軟件利用Visual Basic結合匯編語言 實現。 通過RS一232異步串行口將上位機與下位機相 連。通信部分硬件連接如圖2所示。使用握手聯絡方 式、半雙工通訊、十一位數據通訊傳輸模式，實現數據 傳輸。通訊時，PC機向下位機發送命令，下位機實時 的將所采集的吸收電流和計數結果等數據傳給上位 機．這些數據進行計算處理后．記錄各道譜儀和樣品 臺的位置并實時顯示，更新。并對樣品臺和譜儀的位 置進行控制。上位機還要分析處理所采集的定標器上 含有試樣信息的數據，最終得到元素的濃度關系、完成 定量分析和定性分析。 囂I 集電流，計數檢查，設置加速 定量分析 析數據，參數查詢．分析結果顯示 定性分析I—一分析數據顯示結果 圖1波譜儀控制系統 傳感器與儀器儀衷 Pc機上使用Visual Basic進行串口編程。vi8ual Basic中的MSCOMM控件的屬性與事件為Windows 程序提供了一個與串口打交道的接口，利用MSCOMM 控件提供的事件OnCommn屬性的改變，來導致不同 事件的發生。具體是在OnCommn事件中首先讀取 CommEvent的屬性，判斷是什么原因發生了串口事 件，以執行不同的功能代碼。完成不同的串口通訊任 務，實現接收數據的處理和數據的顯示 C4 VCC 罔2通信部分硬件連接圖 主要的功能命令字分別標識以下幾種功能：設置 儀器狀態(S)，讀儀器狀態(R)，移動譜儀樣品臺(M)，采 集X射線強度(P)，讀入吸收電流(I)。 自動控制軟件主要包括儀器狀況、初始化及更 新；專業人員儀器管理；吸收電流、計數結果、x射線強 度顯示；加速電壓設置幾個部分。 波譜儀控制系統底層的硬件設計利用單片機和 CPLD器件實現。單片機實現可編程邏輯芯片片選，采 集探針電流，譜儀計數結果等數據。進行合理的消息 響應完成總體控制部分。CPLD器件完成脈沖分配、脈 沖寄存、信號多路選擇、計數等功能模塊。選擇具有3 個EAB，每個2048字節的EPF10K。完成各個功能模 塊的設計。實現同時驅動多臺步進電機，存儲相關數 據并實現計數功能。使用這種方法減少了分立元件的 使用，除了少數的接口電路以外，各項功能都能在片 內實現。