【正文】 。 (3) 多時鐘能夠降低功耗，多總線能夠降低噪聲。其中 MSP430 各系列單片機的程序存儲器有 ROM、OTP、 EPROM 和 FLASH 型。對 CGI、 CG2 訪問的尋址模式可以區(qū)分常數(shù)的數(shù)據(jù)。 (3)特殊功能寄存器占用相同范圍的存儲器地址。程序代碼包括：中斷向量區(qū)、用戶程序代碼和系統(tǒng)引導程序 (FLASH 型 )。 第 4 章 有害射線監(jiān)測器的硬件設計 17 第 4 章 有害射線監(jiān)測器的硬件設計 硬件原理框圖 本設計采用 TI 公司生產(chǎn)的 MSP430 系列單片機 MSP430F4250 型號單片機芯片作為核心控制芯片。 表 41 MSP430F4250 引腳功能 引腳 說明 TDO/TDI 測試數(shù)據(jù)輸出端口。 端口 P1 和 P2 P1和 P2口有 7個寄存器用于引腳控制。用戶不能對它寫入，只能通過讀取該寄存器中內(nèi)容知道 I/O 端口的輸入信號。 7 6 5 4 3 2 1 0 (5) P1IES， P2IES P1 和 P2 端口中斷觸發(fā)沿選擇寄存器 如果允許 P1 和 P2 口的某個引腳中斷，還須定義該引腳的中斷觸發(fā)沿。 端口 P5 和 P6 端口 P5 和 P6 沒有中斷能力，其余功能同 P1 和 P2，可以實現(xiàn)輸入 /輸出功能和外圍模塊功能。器件因系列不同可能包含這些模塊的全部或部分。要寫入操作 WDT的控制命令，出于安全原因必須先正確寫入高字節(jié)看門狗口令。 SSEL 選擇 WDTCNT 的時鐘源。 0： RST /NMI 引腳為復位端； 1： RST /NMI 引腳為邊沿觸發(fā)的非屏蔽中斷輸入。 MSP430 系列單片機的 TIMER_A 有以 下特性： 第 4 章 有害射線監(jiān)測器的硬件設計 25 (1) 輸入時鐘可以有多種選擇，可以是慢時鐘、快時鐘以及外部時鐘。 (9) DMA 使能。 POR 信號后 TACTL 的所有位都自動復位，但在 PUC 信號后不受影響。 CLR 定時清除位。其中 LCD是一種極低功耗 顯示器，廣泛應用于電子表、計算器、袖珍式儀表、便攜式微型計算機等產(chǎn)品中，最適于在本次設計中采用。本設計所用的液晶顯示模式用的就是 4MUX模式。獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構簡單，但每個按第 4 章 有害射線監(jiān)測器的硬件設計 29 鍵必須占用一根 I/O口線，在按鍵數(shù)量較多時， I/O口線浪費較大，且電路結(jié)構顯得繁雜。 串行通信 本系統(tǒng)中單片機與上位機采用 RS232方式的串行通信。 本系統(tǒng)采用異步通信模式，因此對同步通信將不予以介紹 。即數(shù)據(jù)是一位一位進行傳輸?shù)?，在傳輸過程中，每一個數(shù)據(jù)都占據(jù)一個固定的時間長度。其中，參數(shù)設置模式可設置 6個（可擴展）不同的參數(shù)或閾值，包括數(shù)值增減鍵和倍率增減鍵。這種鍵盤使用方便，可以節(jié)省中央處理器相當多的時間，但電路結(jié)構復雜， PC(Personal Computer)機所使用的鍵盤就屬于這種；非編碼鍵盤僅提供按鍵開關的工作狀態(tài)，其它工作由軟件完成，這種鍵盤鍵數(shù)較少，硬件簡單，但占用中央處理器較多時間，一般在單片機應用系統(tǒng)中廣泛使用。通俗講，就是有四個公共端 (相當于數(shù)碼管掃描顯示的位選端 )、若干個驅(qū)動 端的模式。 增 /減計數(shù)模式：當定時器由 CCR0 計數(shù)到 0 時， TAIFG 置位。 MC1， MC0 計數(shù)模式控制位。支持 PWM。 (7) 8 種輸出方式選擇。它由一個十六位定時器和多路比較 /捕獲通道組成。 0：看門狗模式； 1：定時器模式。其中 T 是 WDTCNT 的輸入時鐘源周期。 WDT 有如下特性： (1) 其主體是一個 16 位計數(shù)器； (2) 需要口令才能對其操作； (3) 有看門狗和定時器兩種模式； (4) 有 8 種可選的定時時間。此外還可以作為串行接口的可編程波特率發(fā)生器，在多任務的系統(tǒng)中用來作為中斷信號實現(xiàn)程序的切換。 P1SEL 和 P2SEL 用來選擇引腳的 I/O 端口功能與外圍模塊功能。 (4) P1IE， P2IE P1 和 P2 端口中斷使能寄存器 P1 和 P2 口的 8 個引腳都可能引起中斷事件的發(fā)生，每一個引腳都有一燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 22 位用以控制該引腳是否使能中斷。 0： I/O 引腳被切換成輸入模式； 1： I/O 引腳被切換成輸出模式。這四個端口都能用做輸入和輸出。 MSP430F4250 簡介 MSP430F4250 管腳布置如圖 42 所示。這些暫時沒有被定義的 RAM 單元可用于 TI 后續(xù)的系統(tǒng)外圍模塊擴展 ]9[ 。 二、程序存儲器 程序存儲器 FLASH 是 0FFFFH 以下的一 定數(shù)量的存儲空間，可存放系統(tǒng)程序或者應用程序及常數(shù)，可以避免斷電等意外情況而造成存儲的信息丟失。 MSP430不同系列器件的存儲空間分布有很多相同之處： (1)中斷向量被安排在相同的空間： 0FFE0~0FFFFH。除了 R3 和 R2 外，所有寄存器都可作為通用寄存器來用于所有指令操作。有程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。 圖 31 MSP430 系列單片機結(jié)構 從圖 31 中可以看出， MSP430 系列單片機的結(jié)構具有以下明顯特征： (1) 16 位 CPU 通過總線連接到存儲器和外圍模塊。 MSP430 系列單片機的這些片內(nèi)外設為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。 二、 強大的處理能力 MSP430 系列單片機，為 16 位 RISC 結(jié)構，具有豐富的尋址方式 (7 種源操作數(shù)尋址、 4 種目的操作數(shù)尋址 )、簡潔的 27 條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都 可參加多種運算；還有高效的查表處理方法；有較高的處理速度，在 8MHz 晶體驅(qū)動下，指令周期為125us。 (3) 抗干擾能力強，適應溫度范圍寬，在各種惡劣環(huán)境下都能可靠地工作，這是其他機型無法比擬的。因滲入的鋰不取代晶格中的原有原子，而是夾雜其間，從而大大增大了鍺的電阻率，即在探測 γ 射線時有較大的靈敏區(qū)域。例如，對硅半導體是 ，對鍺半導體是 ，而對 NaI 閃爍探測體來說，從其中發(fā)出一個光電子平均能量約 3000eV。譜圖中的每一個峰與某一特定核素相對應，從峰面積又可以量度該核素的存在量。它的工作特點是：不管入射粒子引起初級電離的離子數(shù)有多少，經(jīng)過氣體放大后，最后到達陽極的電子數(shù)都一樣，所以輸出脈沖高度也一樣。兩極間電壓約為1500~5000V，在此電壓下，能使由電離產(chǎn)生的電子在收集電極近處高速加速，并在前進途中進一步發(fā)生連續(xù)性的次級電離，使電流的放大倍數(shù)達到410 左右?，F(xiàn)將三種電離型檢測器分別介紹如下。 第 2 章 放射性檢測儀器原理 7 第 2 章 放射性檢測儀器原理 放射性檢測儀器基本原理 放射性檢測儀器種類很多，實際工作中，需根據(jù)監(jiān)測目的、試樣形態(tài)、射線類型、強度及能量等因素進行選擇。 (1) 樣品的采集：對于放射性監(jiān)測的環(huán)境樣品來說，有累積采樣和瞬間采樣兩種方式。放射性物質(zhì)對人類的危害主要是輻射損傷，所謂輻射損傷是是有射線引發(fā)人體組織發(fā)生有害化學反應引起的。 (1) 核試驗及航天事故：包括大氣層核試驗、地下核爆炸冒頂事故及第 1 章 緒論 5 外層空間核動力航具事故等。如 α射線、 β 射線、 γ 射線等。到 2021 年，國控環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡調(diào)整為：環(huán)境空氣監(jiān)測網(wǎng)站 226 個，測點數(shù) 793 個；酸雨監(jiān)測網(wǎng)站 239 個，測點數(shù) 472 個；水質(zhì)監(jiān)測 網(wǎng)站 197 個，監(jiān)測斷面 1074 個；生態(tài)監(jiān)測網(wǎng)站 15 個。內(nèi)容涉及優(yōu)化布點、分析方法、儀器設備、計算機應用、數(shù)據(jù)分析評價以及標準物質(zhì)的開發(fā)研究等。當污染程度接近或超過環(huán)境標準時，可發(fā)布指令、通告并采取保護措施。所以用生物 (動物、植物 )的生態(tài)、群落、受害癥狀等的變化作為判斷燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 2 環(huán)境質(zhì)量的標準更為確切可靠。 隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，環(huán)境污染問題不斷出現(xiàn)，使環(huán)境監(jiān)測內(nèi)涵擴大了。系統(tǒng)的軟件設計包括 數(shù)據(jù) 采集、數(shù)碼顯示、鍵盤、參數(shù)設定、數(shù)據(jù)通訊等 程序，運用 IAR 公司為 MSP430 系列單片機開發(fā)的 C430 集成開發(fā)環(huán)境和 C 語言調(diào)試器作為程序開發(fā)工具完成了軟件的調(diào)試。 放射性檢測儀器種類很多，它的基本原理基于射線與物質(zhì)間相互作用所產(chǎn)生的各種效應。 Harmful radial monitor。 二、環(huán)境監(jiān)測的發(fā)展 環(huán)境污染雖然自古就有，但環(huán)境科學作為一門學科是在二十世紀 50 年代才開始發(fā)展起來的，最初危害較大的環(huán)境污染事件主要是由于化學毒物所造成的，因此，對環(huán)境樣品進行化學分析以確定其組成和含量的環(huán)境分析就產(chǎn)生了。環(huán)境監(jiān)測的手段除了化學的、還有物理的、生物的等等。 我國環(huán)境監(jiān)測的現(xiàn)狀 我國從 70 年代開始逐步建立了中央、省、地市、縣區(qū)的四級監(jiān)測機構，制定了各種監(jiān)測管理制度。根據(jù)加強流域環(huán)境管理的需要， 1994 年以來，分別組建了“長江暨三峽生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)”、“淮河流域環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)”、“太湖流 域環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)”和“近岸海域環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)”。需監(jiān)測的污染因子達百余種。 環(huán)境中放射性的來源和危害 一、天然放射性的來源 (1) 宇宙射線及其引生的放射性核素：宇宙射線是一種從宇宙空間射到地面來的射線，由初級宇宙射線和次級宇宙射線組成。它們在運行過程中排放含各種核裂變產(chǎn)物的三廢排放物；特別是發(fā)生事故時，將會有大量放射性物質(zhì)泄漏到環(huán)境中去，造成嚴重污染事故。 監(jiān)測對象及方法 一、放射性監(jiān)測的對象及內(nèi)容 放射性監(jiān)測按照監(jiān)測對象可分為： ① 現(xiàn)場監(jiān)測，即對放射性物質(zhì)生產(chǎn)或應用單位內(nèi)部工作區(qū)域所作的監(jiān)測；②個人劑量監(jiān)測，即對放射性專業(yè)工作人員或公眾作內(nèi)照射和外照射的劑量監(jiān)測；③環(huán)境監(jiān)測，即對放射性生產(chǎn)和應用單位外部環(huán)境，包括空氣、水體、土壤、生物、固體廢物等所作的監(jiān)測。 (3) 環(huán)境中放射性監(jiān)測：①水樣的總 α 放射性活度測定；②水樣中總β放射性活度測量；③土壤中總 α、 β放射性活度的測量；④氚的放射性監(jiān)測；⑤各種形態(tài) I 的放射性監(jiān)測。最常用的檢測器有三類，即電離型檢測器、閃爍檢測器和半導體檢測器。由于電離電流十分 微弱 (通常在 1210? A 左右或更小 )，所以電流電離室還要同高倍數(shù)的電流放大器配合使用。該計數(shù)器對進入其靈敏區(qū)域的粒子的有效 計數(shù)率接近于 100%；它的另一個工作特點是，對不同射線都給出大小相同的脈沖，因此不能用于區(qū)別不同的射線。 閃爍檢測器 閃爍檢測器是利用射線與物質(zhì)作用發(fā)生閃光的儀器。 閃爍檢測器的工作原理與以下三個過程相關聯(lián)： 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 10 (1) 射線使某些熒光體分子激發(fā)，當分子重返低能級時，即發(fā)出光子； (2) 光電敏感物質(zhì)受光后發(fā)出光電子； (3) 光電子經(jīng)倍增放大后得到可測量的輸出脈沖。其缺點是由于制造工藝等方面的原因，檢測靈敏區(qū)范圍較小。其中電離型檢測器中，又重點介紹了電流電離室、正比計數(shù)管、蓋革 (GM)計數(shù)管三種電離型檢測器，針對各種不同放射性檢測儀器的特點，本設計擬定采用蓋革 (GM)計數(shù)管作為射線數(shù)據(jù)采集的傳感器。這些微控制器被設計為可用電池工作，而且可以有很長使用時間的應用。然后軟件可設置適當?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊泶_定最后的系統(tǒng)時鐘頻率。對于 OTP 型和 ROM 型的器件是第 3 章 MSP430 單片機原理 13 用相對應的 EPROM 型器件作為開發(fā)片，或使用仿真器開發(fā)成功之 后再燒寫掩膜芯片；而對于 FLASH 型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因為器件片內(nèi)有 JTAG 調(diào)試接口，還有可電擦寫的 FLASH 存儲器，因此采用先下載程序到 FLASH 內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運行，由 JTAG 接口讀取片內(nèi)信息供設計者調(diào)試使用的方法進行開發(fā)。 (4) 16 位數(shù)據(jù)寬度，數(shù)據(jù)處理更為有效。 (3) 外圍模塊：經(jīng)過 MAB、 MDB、 中斷服務及請求線與 CPU 相連。 在 CPU 內(nèi)部有一組 l6 位數(shù)據(jù)總線和 l6 位的地址總線； CPU 運行正交設計、對模塊高度透明的精簡指令集； PC、 SR 和 SP 配合精簡指令組所實現(xiàn)的控制，使應用開發(fā)可實現(xiàn)復雜的尋址模式和軟件算法。 (4)數(shù)據(jù)存儲器都從 0200H處開始。 圖 33 MSP430存儲空間分配 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 16 三、外圍模塊寄存器 MSP430 系列單片機內(nèi)所有外圍模塊都可以用軟件訪問和控制，外圍模塊相關的控制寄存器和狀態(tài)寄存器都被安排在 0000H~01FFH 范圍的RAM 中。其 中主要硬件包括 MSP430 單片機、液晶顯示器、鍵盤、傳感器、上位機、時鐘芯片和通訊接口芯片 MAX3222 組成。 TDO/TDI 數(shù)據(jù)輸出或程序數(shù)據(jù)輸入口 TDI/TCLK 測試數(shù)據(jù)或測試時鐘輸入。這些模塊寄存器位于低端地址，須用字節(jié)指令以絕對尋址模式訪問。此時引腳的方向必須選定為輸入。該寄存器的 8 位分別定義了 P1 和 P2 口的 8 個引腳的中斷觸發(fā)沿。除掉端口 P1 和 P2 與中斷相關的 3 個寄存器，端口 P5 和 P6 有 4 個寄存器供用戶使用。這些模塊除了都具有定時功能外，各自還有一些特定用途，在應用中應根據(jù)需求選擇多種定時器模塊。口令為5AH，如果口令寫錯將導致系統(tǒng)復位。