В.Н. БЕЛЯЕВ, Н.А. ГЛЯНЕНКО КОНТРОЛЛЕР СВЯЗИ МЕЖДУ ЭВМ И ПОЗИЦИОННО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМ ДЕТЕКТОРОМ

УДК 615.9(06)+577.3(06) Медицинская физика и техника, биофизика
В.Н. БЕЛЯЕВ, Н.А. ГЛЯНЕНКО
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
КОНТРОЛЛЕР СВЯЗИ МЕЖДУ ЭВМ И
ПОЗИЦИОННО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМ ДЕТЕКТОРОМ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЛИС ФИРМЫ ALTERA
Представлен проект разработки специализированного интерфейса на основе ПЛИС фирмы Altera для контроллера
связи между ЭВМ и специализированной микросхемой предварительной обработки данных (СМПОС) для позиционночувствительных детекторов (ПЧД) в конструктиве микроPC (ISA-8).
В современных медицинских системах лучевой диагностики широко применяются позиционночувствительные детекторы (ПЧД), позволяющие регистрировать как энергию частицы, так и координату(ы)
места ее взаимодействия с детектором. С развитием методик регистрации, развивается и электронная элементная база для съема информации с ПЧД. Одним из наиболее современных решений для ПОС с ПЧД является специализированная микросхема предварительной обработки сигналов для ПЧД (СМПОС) марки
VaTaGP2. Эта микросхема представляет собой 128-канальный зарядо-чувствительный усилитель. В состав
каждого канала входит низко шумящий с низкой потребляемой мощностью буферный предусилитель, формирователь аналогового сигнала с устройством выборки и хранения, устройство для мультиплексированного вывода аналоговой информации и калибровочное (пороговое) управляющее устройство. Кроме того, в
состав каждого канала входит быстрый формирователь, который вырабатывает триггерный сигнал. Значение аналогового сигнала и адрес сработавшего формирователя считываются из микросхемы с помощью специальной системы считывания данных. Микросхема имеет специализированный последовательный интерфейс для управления ее характеристиками и считывания данных.
Для реализации функций управления и считывания данных СМПОС был разработан специализированный интерфейсный модуль в формате микроPC(ISA-8) на основе ПЛИС. ПЛИС позволяет использовать
большое количество логических элементов и триггеров, что даёт возможность реализовывать сложные
функционально-законченные устройства в одном кристалле. Кроме того, при использовании ПЛИС на основе Flash-технологий возможно многократное изменение схемы, реализуемой в ПЛИС, что позволяет гибко,
по мере изменений требований к эксперименту, вносить необходимые изменения в структуру контроллера
не изменяя при этом топологию печатной платы.
Генератор частоты синхронизации
для обмена с СМПОС
Сигналы выборки
устройств
Регистр вывода последовательных
данных для СМПОС
Внутренняя
магистраль
данных
Регистр ввода последовательных
данных
Регистр ввода параллельных данных
Дешифратор адреса
Регистр управления обменом
А0-A9, WR/RD
Интерфейс с магистралью ISA-8
SD0-SD7, SA0-SA9
IORD, IOWR, IRQX
Запросы на прерывание от
устройств контроллера
Шина ISA-8
С
М
П
П
Ч
О
Д
С
П
Ч
Д
Рис. 1
В данном контроллере связи все основные узлы размещены в микросхеме ПЛИС Altera EPM7160SLI8410 емкостью 160 логических блоков (3200 типовых логических элементов, 160 триггеров). Функциональная
схема устройства приведена на рис. 1. Обмен данными с СМПОС происходит в нескольких режимах:
 ввод информации по последовательному каналу данных (128 бит);
 вывод на СМПОС управляющих данных по последовательному каналу (648 бит);
 ввод данных в так называемом «разреженном режиме», когда помимо признака наличия данных в последовательном канале, выводится код номера канала детектора по параллельному каналу (8 бит).
Для реализации функций обмена в состав ПЛИС входят регистр управления обменом, регистры ввода
последовательных и параллельных данных, вывода последовательных управляющих данных, генератор синхронизации обмена с СМПОС, регистр управления работой устройства, дешифратор адреса и схемы управления обменом с магистралью ISA, а также необходимые интерфейсные микросхемы для подключения к
последовательному порту компьютера. К настоящему моменту полностью проверен дизайн проекта для варианта с микросхемами Altera с использованием программных комплексов Max II+ v10.2, проведено моделирование проекта и отработка в составе опытного образца контроллера. Написано тестовое программное
обеспечение.
Список литературы
УДК 615.9(06)+577.3(06) Медицинская физика и техника, биофизика
1.
2.
Новиков Ю.В., Калашников О.А., Гуляев С.Э. Разработка устройств сопряжения.
Стешенко В.Б. ПЛИС фирмы «ALTERA»: элементная база, система проектирования и языки описания аппаратуры.