基于FPGA的X射線能譜測(cè)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、X射線管產(chǎn)生的X射線不是單一能量X射線，而是包含了多種不同能量的連續(xù)譜X射線，從物理學(xué)角度分析可知，能量不同的X射線對(duì)于各種物質(zhì)吸收特性不盡相同，因而物質(zhì)與不同能量X射線相互作用會(huì)呈現(xiàn)不同的物理性質(zhì)。在X射線CT中，利用連續(xù)譜的X射線照射被檢對(duì)象后，由于各種能量X射線的吸收特性不同，可能出現(xiàn)射線束硬化（Beam Hardening）等現(xiàn)象，從而引起 CT圖像“壓杯（Cupping）”偽像(Artifact)。通過采集X射線能譜數(shù)據(jù)獲得能

2、譜圖，便可了解能量不同X射線與被檢對(duì)象相互作用之后吸收情況，從而適當(dāng)?shù)某C正X射線CT圖像。X射線能譜數(shù)據(jù)可以由X射線能夠數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得，本論文的主要目的在于研究一種基于FPGA的X射線能譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，同時(shí)開發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相關(guān)的配套軟件X射線能譜顯示軟件。
　　在充分學(xué)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)可編輯邏輯門陣列、微控制器等電子技術(shù)、軟件開發(fā)技術(shù)以及充分了解了國(guó)內(nèi)外 X射線能譜數(shù)據(jù)采集方案之后，我選擇了利用現(xiàn)場(chǎng)可編輯邏輯門陣列和微控制器相結(jié)合完成 X

3、射線能譜數(shù)據(jù)的采集?；?，本論文采用了Altera公司EP4CE15系列FPGA芯片、ST(意法半導(dǎo)體)公司的STM32F103系列微控制器、AD9215模數(shù)轉(zhuǎn)換器等作為采集系統(tǒng)核心器件進(jìn)行了數(shù)字化的X射線能譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。結(jié)合數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，論文詳細(xì)闡述了預(yù)處理電路、電源電路、FPGA外圍控制電路、STM32外圍控制電路以及ADC采樣電路各部分的具體設(shè)計(jì)思想。數(shù)字 X射線脈沖信號(hào)處理模塊也尤為重要，根據(jù)需要，論文對(duì)FPG

4、A軟件設(shè)計(jì)也做出了詳細(xì)介紹，采用Verilog HDL語言設(shè)計(jì)了FPGA內(nèi)部各個(gè)功能模塊。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)則包含兩個(gè)部分：STM32微控制器軟件設(shè)計(jì)和上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)。其中STM32微控制器不僅需要通過SPI接口完成其與FPGA之間的數(shù)據(jù)傳輸及命令交互，還需通過USB虛擬串口將能譜數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)應(yīng)用軟件。X射線能譜顯示軟件則利用Visual Studio2010軟件開發(fā)平臺(tái)采用C＃語言設(shè)計(jì)， X射線能譜數(shù)據(jù)和脈沖信號(hào)數(shù)據(jù)曲線通過開源繪圖控