運動控制技術是機電一體化的核心部分，提高運動控制技術水平對于提高我國的機電一體化技術具有至關重要的作用。運動控制技術的發展是制造自動化前進的旋律，是推動新的產業革命的關鍵技術。對于數控系統來說，最重要的是控制各個電機軸的運動，這是運動控制器接收并依照數控裝置的指令來控制各個電機軸運動從而實現數控加工的，數據加工中的定位控制精度、速度調節的性能等重要指標都與運動控制器直接相關。目前對數控系統的研究都集中在插入PC的NC控制器的研究上，而其核心部分就是對步進、伺服電機進行控制的運動控制卡的研究。對PC-NC來說，運動控制卡的性能很大程度上決定了整個數控系統的性能，而微電子和數字信號處理技術的發展及其應用，使運動控制卡的性能得到了不斷改進，集成度和可靠性大大提高。 本課題通過對運動控制技術的深入研究，并針對國內運動控制技術的研究起步較晚的現狀，結合當前運動控制領域的具體需要，緊跟當前運動控制技術研究的發展趨勢，吸收了數控技術和相關運動控制技術的最新成果，提出了基于PCI和FPGA的方案，研制了一款比較新穎的、功能強大的、具有很大柔性的四軸多功能運動控制卡。 本課題的具體研究主要有以下幾方面： 首先，通過對運動控制卡及運動控制系統等行業現狀的全面調研，和對運動控制技術的深入學習，在比較了幾種常用的運動控制方案的基礎上，提出了基于FPGA的運動控制設計方案，并規劃了板卡的總體設計。 其次，根據總體設計，規劃了板卡的結構，詳細劃分并實現了FPGA各部分的功能；利用光電隔離原理設計了數字輸入/輸出電路。 再次，利用FPGA的資源實現了PCI從設備接口，達到跟控制卡通信的目的，針對運動控制中的一些具體問題，如運動平穩性、實時控制以及多軸聯動等，在FPGA上設計了四軸運動控制電路，定義了各個寄存器的具體功能，設計了功能齊全的加／減速控制電路、變頻分配電路、倍頻分頻電路和三個功能各異的計數器電路等，自動降速點運動、A／B相編碼器倍頻計數電路等特殊功能。最后，進行了本運動控制卡的測試，從測試和應用結果來看，該卡達到預期的要求。
上傳時間： 2013-07-27
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離散余弦變換(DCT)及其反變換(IDCT)在圖像編解碼方面應用十分廣泛，至今已被JPEG、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4和H.26x等國際標準所采用。由于其計算量較大，軟件實現往往難以滿足實時處理的要求，因而在很多實際應用中需要采用硬件設計的DCT/IDCT處理電路來滿足我們對處理速度的要求。本文所研究的內容就是針對圖像處理應用的8×8二維DCT/IDCT處理核的硬件實現。 本文首先介紹了DCT和IDCT在圖像處理中的作用和原理，詳細說明了DCT變換實現圖像壓縮的過程，并與其它變換比較說明了用DCT變換實現圖像壓縮的優勢。接著，分析研究了DCT的各種快速算法，總結了前人對DCT快速算法及其實現所做的研究。本文給出了兩種性能、資源上有一定差異的二維DCT/IDCT的FPGA設計方案。兩種方案均利用DCT的行列分離特性，采用流水線設計技術，將二維DCT/IDCT實現轉化為兩個一維DCT/IDCT實現。在一維DCT/IDCT設計中，根據圖像處理的特點對Loeffler算法的數據流進行了優化，通過合理安排時鐘周期數和簡化各周期內的操作，大大縮短了關鍵路徑的執行時間，從而提高了流水線的執行速度。最后，對所設計的DCT/IDCT處理核進行了綜合和時序仿真。 結果表明，當使用Altera公司的MERCURY系列FPGA器件時，本文設計的方案一能夠在116M時鐘頻率下正確完成8×8的二維DCT或IDCT的邏輯運算，消耗2827個邏輯單元；方案二能夠在74M時鐘頻率下正常工作，消耗1629個邏輯單元。
上傳時間： 2013-07-14
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在合成孔徑雷達的研究和研制工作中，合成孔徑雷達模擬技術具有十分重要的作用。本文以440MHz帶寬線性調頻信號，采樣頻率500MHz高分辨合成孔徑雷達視頻模擬器為研究對象。首先對模擬器的幾項主要技術進行分析，在對點目標回波信號模型分析研究的基礎上，對點目標原始回波數據進行模擬并做了成像驗證，從而為硬件實現提供了正確的信號模型；針對傳統的“波形存儲直讀法”方案，即在計算機平臺上用模擬軟件產生原始回波數據并存儲，再通過計算機接口實現數據傳輸，最后完成數模轉換產生視頻信號這一過程，分析指出該方案在實現高分辨率時的速度和容量瓶頸。 針對具體的設計要求，圍繞速度和容量問題，本文著眼于高分辨率SAR模擬器的FPGA實現研究，指出FPGA實時生成點目標原始回波數據是其實現的核心；針對這一核心問題，充分利用現代VLSI設計中的流水線技術與并行陣列技術以及FPGA的優良性能和豐富資源，在時間上采用同步流水結構、空間上采用并行陣列形式，將速度和容量問題統一為數據的高速生成問題；給出了系統總體設計思想，該方案不需要大容量存儲器單元，大大減少模擬器復雜度；對原始回波數據實時生成模塊的各主要單元給出了結構并進行了仿真，結果表明FPGA可以滿足課題設計要求；同時，對該模擬器片上系統的實現、增強人機交互性，給出了人機界面的設計思路。 分析指出了點目標原始回波數據實時生成模塊通過并行擴展即可實現多點目標的原始回波數據實時生成；最后對復雜場景目標模擬器的實現進行了構思，指出了傳統方案在改進的基礎上實現高分辨率視頻模擬器的可行性。本文首次提出以FPGA實現高分辨率合成孔徑雷達原始回波數據實時生成的思想，為國內業界在此方向做了一些理論和實踐上的有益探索，對于國內高分辨率合成孔徑雷達的研制具有一定的實際意義。
上傳時間： 2013-04-24
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在合成孔徑雷達的研究和研制工作中，合成孔徑雷達模擬技術具有十分重要的作用。本文以440MHz帶寬線性調頻信號，采樣頻率500MHz高分辨合成孔徑雷達視頻模擬器為研究對象。首先對模擬器的幾項主要技術進行分析，在對點目標回波信號模型分析研究的基礎上，對點目標原始回波數據進行模擬并做了成像驗證，從而為硬件實現提供了正確的信號模型；針對傳統的“波形存儲直讀法”方案，即在計算機平臺上用模擬軟件產生原始回波數據并存儲，再通過計算機接口實現數據傳輸，最后完成數模轉換產生視頻信號這一過程，分析指出該方案在實現高分辨率時的速度和容量瓶頸。 針對具體的設計要求，圍繞速度和容量問題，本文著眼于高分辨率SAR模擬器的FPGA實現研究，指出FPGA實時生成點目標原始回波數據是其實現的核心；針對這一核心問題，充分利用現代VLSI設計中的流水線技術與并行陣列技術以及FPGA的優良性能和豐富資源，在時間上采用同步流水結構、空間上采用并行陣列形式，將速度和容量問題統一為數據的高速生成問題；給出了系統總體設計思想，該方案不需要大容量存儲器單元，大大減少模擬器復雜度；對原始回波數據實時生成模塊的各主要單元給出了結構并進行了仿真，結果表明FPGA可以滿足課題設計要求；同時，對該模擬器片上系統的實現、增強人機交互性，給出了人機界面的設計思路。 分析指出了點目標原始回波數據實時生成模塊通過并行擴展即可實現多點目標的原始回波數據實時生成；最后對復雜場景目標模擬器的實現進行了構思，指出了傳統方案在改進的基礎上實現高分辨率視頻模擬器的可行性。本文首次提出以FPGA實現高分辨率合成孔徑雷達原始回波數據實時生成的思想，為國內業界在此方向做了一些理論和實踐上的有益探索，對于國內高分辨率合成孔徑雷達的研制具有一定的實際意義。
上傳時間： 2013-05-26
上傳用戶：alia
隨著現代雷達技術的不斷發展,電子偵察設備面臨電磁環境日益復雜多變,發展寬帶化、數字化、多功能、軟件化的電子偵察設備已是一項重要的任務.然而,目前的寬帶A/D與后續DSP之間的工作速率總有一到兩個數量級的差別,二者之間的瓶頸成為電子偵察系統數字化的最大障礙.通信領域軟件無線電的成功應用為電子偵察系統的發展提供了一種理想模式.另一方面,微電子技術的快速發展,以及FPGA的廣泛應用,在很大程度上影響了數字電路的設計與開發.這也為解決高速A/D與DSP處理能力之間的矛盾提供了一種有效的解決方法.為了解決寬帶A/D與后續DSP之間的瓶頸問題,本文給出了一種基于多相濾波的寬帶數字下變頻結構,并從軟件無線電原理出發,從理論推導和計算機仿真兩方面對該結構進行了驗證,并進一步給出該結構改進方案以及改進的多相濾波數字下變頻結構的硬件實現方法.本文將多相濾波下變頻的并行結構應用到數字下變頻電路中,并在后繼的混頻模塊中也采用并行混頻的方式來實現,不僅在一定程度上解決了二者之間的瓶頸問題,同時也大大提高了實時處理速度.經過多相濾波下變頻處理后的數據,在速率和數據量上都有大幅減少,達到了現有通用DSP器件處理能力的要求.另外,本人還用FPGA設計了實驗電路,利用微機串口,與實驗目標板進行控制和數據交換.利用FPGA的在線編程特性,可以方便靈活的對各種實現方法加以驗證和比較.
上傳時間： 2013-07-13
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智能電表、水表、煤/燃氣表、熱量表等大量地出現在人們的生活中，同時這些儀表的抄錄工作變得越來越煩瑣，工作量大，工作效率低，不僅給用戶帶來不便，而且會存在漏抄、誤抄、估抄的現象。隨著電子技術、通信技術和計算機技術的飛速發展，人工抄表已經逐步被自動抄表所代替。 集中器是一個數據集中處理器，是多對象自動抄表系統的通信橋梁，負責對各智能表的數據進行采集、存儲和管理，及時有效地向上位機傳輸數據并執行上位機發送的指令。提高多對象集中器數據處理能力，有效完成上下行通信是多對象自動抄表系統AMRS（Automation Meter Reading System）目前需要解決的關鍵問題。 本文針對多對象集中器這樣一個較復雜的通信與控制系統，提出采用32位的高性能嵌入式微處理器。32位ARM9微處理器處理速度快、硬件性能高、低功耗、低成本，集成了相當多的硬件資源，硬件的擴展和設計大大簡化，ARM9（S3C2410）為工業級芯片，抗干擾能力強，能夠適應運行現場的較惡劣環境，8/16位微控制器運算能力有限，對于較復雜的通信與控制算法難以順利完成；硬件平臺依賴性強，不利于軟件的開發、升級與移植；在缺乏多任務調度機制的情況下，應用軟件不僅實現難度大，且可靠性難以保證。 本文首先對多對象遠程抄表系統的總體結構進行研究，主要研究了多對象遠程抄表系統中集中器的軟件和硬件實現，對硬件資源進行了外圍擴展，對S3C2410微處理器芯片的外圍硬件進行了擴展設計，使之具備了滿足使用需求的最小系統硬件資源，包括時鐘、復位、電源、外圍存儲、LCD、RS-485通信模塊、CAN通信模塊等電路設計。實時時鐘為多對象集中器定時抄表提供時間標準；電源電路為多對象集中器系統提供穩定電源；看門狗電路的設計保證多對象集中器系統可靠運行，防止系統死機；數據存儲器主要用于存儲參數、變量、集中器自身的參數，負責智能表的參數以及智能表用量等。上行通道即多對象集中器與上位機之間的通信線路，采用CAN現場總線進行通信；下行通道即多對象集中器與智能表之間的通信，采用RS-485總線進行通信。軟件設計上，主要針對多對象集中器的數據存儲功能和串行通訊功能進行程序編寫。基于ARM的多對象遠程抄表系統集中器可以實現多對象遠程抄表，提高了數據處理能力，有效完成了上下行通信，可靠性強，穩定性高，結構簡單。
上傳時間： 2013-06-07
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本課題為研究大功率永磁無刷直流電機及其驅動系統而設計了一臺50kW 多相永磁無刷直流電機，該電機的設計最大限度地模擬了某大功率多相永磁無刷直流電機的基本結構，驅動系統也基本采用了某大功率永磁無刷直流電機的主電路結構。全文內容如下： 本文介紹了一種以晶閘管為主要功率元件的大功率永磁無刷直流電機驅動系統。本文通過對電機各運行的狀態的分類分析，總結了這種驅動系統的觸發邏輯控制規律，優化了邏輯控制程序，為永磁無刷直流電機驅動系統的仿真和實際系統的開發提供了依據。 本文通過對驅動系統換流過程的詳細分析，總結了有關參數如電機電感、換相電容等對電機換流過程的影響程度、趨勢和規律。給出了驅動系統主要參數選取的依據和選擇方法，并通過樣機進行了實驗驗證，為大功率永磁無刷直流電機驅動系統的主電路設計提供理論支持。為準確預測大功率永磁無刷直流電機驅動系統的運行性能，建立了永磁無刷直流電機的電路模型和S函數模型，并闡述了其在Matlab/Simulink 平臺下的建模原理和實現方法。 本文提出的兩種電機模型，相互補充，準確預知了永磁無刷電機驅動系統的運行特性，大大加速驅動系統研制過程。其中，電路模型具有仿真效率高，便于研究驅動系統主電路參數對系統性能的影響，從而對主電路參數進行優化；S 函數模型便于對電機內部細節進行分析，為揭示電機內部變量的變化規律提供了有力的手段。
上傳時間： 2013-07-04
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基于嵌入式技術的遠程監控系統可以達到動態、無死角的監控目的，可以對一些特殊環境進行遠程監視和控制，且不受濕度、溫度等條件的影響，廣泛應用于軍事、交通、智能家居、醫療監護等多個領域。可以解決傳統監控系統將圖像采集設備固定在一個地方而使監控范圍有限，適用場合少等弊端。 本文設計了一款基于ARM和FPGA的遠程監控系統。首先在對遠程監控系統功能分析的基礎上，設計了以ARM為主控制器和FPGA為輔助控制器的硬件電路，采用ARM芯片控制圖像采集、速度采集、網絡傳輸等干擾小的模塊，采用FPGA芯片控制電機驅動、舵機驅動、電池監控等干擾大的模塊，大大提高了系統的穩定性；其次設計了基于WinCE操作系統的圖像采集、GPIO、PWM、外中斷EINT-19的流接口驅動程序；同時設計了基于WinCE操作系統的圖像采集及壓縮、網絡通信、車模速度采集的應用程序；FPGA內部邏輯電路采用Verilog語言完成電源監控、舵機控制、直流電機控制等功能。 本系統集圖像采集和壓縮、運動控制、網絡傳輸于一體。其圖像采集速度達30幀/秒，圖像分辨率達640x480，JPEG壓縮比達10：1，控制命令響應時間為1s，網絡傳輸速率達10Mbps。其功能擴展容易，功耗低，體積小，抗干擾能力強，具有很好的市場前景。關鍵詞：winCE；S3C2440A；FPGA；遠程監控；流接口驅動
上傳時間： 2013-04-24
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隨著多媒體技術和網絡技術的發展，嵌入式圖像采集系統的研究與實現越來越受到人們的重視。傳統的圖像采集系統一般采用基于PC機平臺和視頻采集卡的形式，該方案系統體積大、成本高，在遠距離、多點系統中實現困難。在這種背景下，設計一種輕便小巧的采集系統來采集、存儲并顯示所需的圖像成為市場所需。 本論文研究設計了一種基于嵌入式的圖像采集與傳輸系統，具有體積小、成本低、穩定性高等優點。該系統硬件平臺采用基于ARM920T核的S3C2410X處理器，軟件采用嵌入式Linux操作系統，利用USB攝像頭采集圖像并在目標板的LCD上進行顯示，通過網絡還可將采集到的圖像傳輸到PC機上顯示。該方案大大降低了系統的復雜性，同時提高了系統的穩定性和圖像質量，可以擴展應用在遠程監控系統等諸多領域，具有廣闊的市場和應用前景。 本論文首先介紹了課題研究的時代背景、實踐意義和研究現狀，并對嵌入式系統開發的基礎理論知識作了介紹，在此基礎上給出了嵌入式圖像采集與傳輸系統的總體結構設計；接著詳細分析了嵌入式Linux操作系統的開發技術，包括嵌入式開發環境的建立、Bootloader移植、Linux內核移植和根文件系統的制作，并介紹了嵌入式Linux下的設備驅動程序，實現了USB攝像頭驅動的移植，完成了利用攝像頭采集圖像的功能；然后完成了MiniGUI圖形用戶界面的移植和圖像在LCD上的顯示；最后實現了基于socket的網絡通信，完成了視頻采集和傳輸系統的整體功能，并給出了最終的實驗結果。 論文的最后是對全文的一個總結，對系統設計所完成的工作進行了概括，指出所存在的不足，對后續的研究工作做了進一步的展望，并給出了改進方法。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著半導體工藝的飛速發展和芯片設計水平的不斷進步，ARM微處理器的性能得到大幅度地提高，同時其芯片的價格也在不斷下降，嵌入式系統以其獨有的優勢，己經廣泛地滲透到科學研究和日常生活的各個方面。 本文以ARM7 LPC2132處理器為核心，結合蓋革一彌勒計數管對Time-To-Count輻射測量方法進行研究。ARM結構是基于精簡指令集計算機(RISC)原理而設計的，其指令集和相關的譯碼機制比復雜指令集計算機要簡單得多，使用一個小的、廉價的ARM微處理器就可實現很高的指令吞吐量和實時的中斷響應。基于ARM7TDMI-S核的LPC2132微處理器，其工作頻率可達到60MHz，這對于Time-To-Count技術是非常有利的，而且利用LPC2132芯片的定時/計數器引腳捕獲功能，可以直接讀取TC中的計數值，也就是說不再需要調用中斷函數讀取TC值，從而大大降低了計數前雜質時間。本文是在我師兄呂軍的《Time-To-Count測量方法初步研究》基礎上，使用了高速的ARM芯片，對基于MCS-51的Time-To-Count輻射測量系統進行了改進，進一步論證了采用高速ARM處理器芯片可以極大的提高G-M計數器的測量范圍與測量精度。 首先，討論了傳統的蓋革-彌勒計數管探測射線強度的方法，并指出傳統的脈沖測量方法的不足。然后討論了什么是Time-To-Count測量方法，對Time-To-Count測量方法的理論基礎進行分析。指出Time-To-Count方法與傳統的脈沖計數方法的區別，以及采用Time-To-Count方法進行輻射測量的可行性。 接著，詳細論述基于ARM7 LPC2132處理器的Time-To-Count輻射測量儀的原理、功能、特點以及輻射測量儀的各部分接口電路設計及相關程序的編制。 最后得出結論，通過高速32位ARM處理器的使用，Time-To-Count輻射測量儀的精度和量程均得到很大的提高，對于Y射線總量測量，使用了ARM處理器的Time-To-Count輻射測量儀的量程約為20 u R/h到1R/h，數據線性程度也比以前的Time-To-CotJnt輻射測量儀要好。所以在使用Time-To-Count方法進行的輻射測量時，如何減少雜質時間以及如何提高計數前時間的測量精度，是決定Time-To-Count輻射測量儀性能的關鍵因素。實驗用三只相同型號的J33G-M計數管分別作為探測元件，在100U R/h到lR/h的輻射場中進行試驗.每個測量點測量5次取平均，得出隨著照射量率的增大，輻射強度R的測量值偏小且與輻射真實值之間的誤差也隨之增大。如果將測量誤差限定在10％的范圍內，則此儀器的量程范圍為20 u R/h至1R/h，量程跨度近六個數量級。而用J33型G-M計數管作常規的脈沖測量，量程范圍約為50 u R/h到5000 u R/h，充分體現了運用Time-To-Count方法測量輻射強度的優越性，也從另一個角度反應了隨著計數前時間的逐漸減小，雜質時間在其中的比重越來越大，對測量結果的影響也就越來越嚴重，盡可能的減小雜質時間在Time-To-Count方法輻射測量特別是測量高強度輻射中是關鍵的。筆者用示波器測出此輻射儀器的雜質時間約為6.5 u S，所以在計算定時器值的時候減去這個雜質時間，可以增加計數前時間的精確度。通過實驗得出，在標定儀器的K值時，應該在照射量率較低的條件下行，而測得的計數前時間是否精確則需要在照射量率較高的條件下通過儀器標定來檢驗。這是因為在照射量率較低時，計數前時間較大，雜質時間對測量結果的影響不明顯，數據線斜率較穩定，適宜于確定標定系數K值，而在照射量率較高時，計數前時間很小，雜質時間對測量結果的影響較大，可以明顯的在數據線上反映出來，從而可以很好的反應出儀器的性能與量程。實驗證明了Time-To-Count測量方法中最為關鍵的環節就是如何對計數前時間進行精確測量。經過對大量實驗數據的分析，得到計數前時間中的雜質時間可分為硬件雜質時間和軟件雜質時間，并以軟件雜質時間為主，通過對程序進行合理優化，軟件雜質時間可以通過程序的改進而減少，甚至可以用數學補償的方法來抵消，從而可以得到比較精確的計數前時間，以此得到較精確的輻射強度值。對于本輻射儀，用戶可以選擇不同的工作模式來進行測量，當輻射場較弱時，通常采用規定次數測量的方式，在輻射場較強時，應該選用定時測量的方式。因為，當輻射場較弱時，如果用規定次數測量的方式，會浪費很多時間來采集足夠的脈沖信號。當輻射場較強時，由于輻射粒子很多，產生脈沖的頻率就很高，規定次數的測量會加大測量誤差，當選用定時測量的方式時，由于時間的相對加長，所以記錄的粒子數就相對的增加，從而提高儀器的測量精度。通過調研國內外先進核輻射測量儀器的發展現狀，了解到了目前最新的核輻射總量測量技術一Time-To-Count理論及其應用情況。論證了該新技術的理論原理，根據此原理，結合高速處理器ARM7 LPC2132，對以G-計數管為探測元件的Time-To-Count輻射測量儀進行設計。論文以實驗的方法論證了Time-To-Count原理測量核輻射方法的科學性，該輻射儀的量程和精度均優于以前以脈沖計數為基礎理論的MCS-51核輻射測量儀。該輻射儀具有量程寬、精度高、易操作、用戶界面友好等優點。用戶可以定期的對儀器的標定，來減小由于電子元件的老化對低儀器性能參數造成的影響，通過Time-To-Count測量方法的使用，可以極大拓寬G-M計數管的量程。就儀器中使用的J33型G-M計數管而言，G-M計數管廠家參考線性測量范圍約為50 u R/h到5000 u R/h，而用了Time-To-Count測量方法后，結合高速微處理器ARM7 LPC2132，此核輻射測量儀的量程為20 u R/h至1R/h。在允許的誤差范圍內，核輻射儀的量程比以前基于MCS-51的輻射儀提高了近200倍，而且精度也比傳統的脈沖計數方法要高，測量結果的線性程度也比傳統的方法要好。G-M計數管的使用壽命被大大延長。 綜上所述，本文取得了如下成果：對國內外Time-To-Count方法的研究現狀進行分析，指出了Time-To-Count測量方法的基本原理，并對Time-T0-Count方法理論進行了分析，推導出了計數前時間和兩個相鄰輻射粒子時間間隔之間的關系，從數學的角度論證了Time-To-Count方法的科學性。詳細說明了基于ARM 7 LPC2132的Time-To-Count輻射測量儀的硬件設計、軟件編程的過程，通過高速微處理芯片LPC2132的使用，成功完成了對基于MCS-51單片機的Time-To-Count測量儀的改進。改進后的輻射儀器具有量程寬、精度高、易操作、用戶界面友好等特點。本論文根據實驗結果總結出了Time-To-Count技術中的幾點關鍵因素，如：處理器的頻率、計數前時間、雜質時間、采樣次數和測量時間等，重點分析了雜質時間的組成以及引入雜質時間的主要因素等，對國內核輻射測量儀的研究具有一定的指導意義。
標簽： TimeToCount ARM 輻射測量儀
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