時鐘分頻模塊（Freq）：時鐘輸入clk為50 MHz的有源晶振提供，經(jīng)分頻轉(zhuǎn)化合適時鐘clock供給存儲控制模塊使用。
　粒子事件識別模塊：在GATE為有效電平期間，對DIFF信號計數(shù)，識別出事件1、事件2和事件3。
　飛行時間地址轉(zhuǎn)換模塊：ECL-TTL高速計數(shù)器的最高位T[12]位為1時，飛行時間為4 096 ns，被認為是超大粒子，超出儀器的測量范圍，該信號是以O(shè)RR作為飛行時間地址轉(zhuǎn)換模塊的一個輸入信號，用于識別事件4。該模塊在識別出事件1、事件2、事件3和事件4之后轉(zhuǎn)換成相應的地址，其中事件2為有效粒子情況，識別為該事件時，將不同飛行時間T[11..0]輸入轉(zhuǎn)換成不同的存儲器地址信號輸出，識別為事件1、事件3和事件4時為少數(shù)粒子的干擾情況，分別產(chǎn)生一固定的存儲器地址信號輸出。
雙端口RAM的存儲控制模塊：該模塊的主要功能是完成對內(nèi)存RAM的控制[6-10]。由于兩粒子之間的時間間隔很短（GATE為低電平期間），在納秒量級，在如此短的時間內(nèi)完成內(nèi)存的讀寫控制以及復位等，是存儲器設(shè)計的一個難點。CYPRESS公司研制的64 K×16位高速低功耗CMOS型靜態(tài)雙口RAM芯片CY7C028可以滿足存儲設(shè)計的要求，一方面其存儲器的最大訪問時間12/15/20 ns，另一方面由于其容量高達64 KB，可以滿足存儲具有32 768種電子學特征信號的粒子信息，同時數(shù)據(jù)總線寬度為16位，故每一內(nèi)存單元可以記錄的同一特征粒子數(shù)高達65 535個。而且配有雙端口，可以不必修改已設(shè)計完成的單片機端而擴展存儲器訪問控制功能，縮短開發(fā)周期[11]。出于儀器開發(fā)成本的考慮，下一目標是在FPGA內(nèi)部實現(xiàn)雙口RAM的功能,節(jié)省硬件雙口RAM成本消耗。目前，為縮短開發(fā)周期，使用外部雙口RAM，在FPGA內(nèi)部采用狀態(tài)機進行內(nèi)存的訪問控制。雙口RAM訪問控制時，首先要注意最重要的問題是RAM兩端的控制器同時訪問同一內(nèi)存單元而產(chǎn)生的競爭問題，其次就是要注意由于FPGA端與RAM連接的數(shù)據(jù)總線是雙向的，在空閑和讀取之前要注意賦值為高阻態(tài)。整個系統(tǒng)設(shè)計的流程如圖6所示。

Quartus II仿真波形結(jié)果如圖7所示。

在GATE信號為高電平期間對DIFF信號進行計數(shù)，如果DIFF脈沖數(shù)為2，粒子識別為事件2,便在DATE信號的下降沿鎖存飛行時間T,由T-Address模塊將其轉(zhuǎn)換成地址信號的輸出ADDR(如圖7中的192和512)，然后由存儲控制模塊完成讀寫控制后，發(fā)出復位信號對時間T進行清零,從而完成一次操作。如果GATE為高電平時，DIFF脈沖的個數(shù)為1或者3時，分別產(chǎn)生一固定地址輸出。如圖7中所示，DIFF為3時,地址固定輸出為1 023，盡管T值為384，DIFF為1時同理?？梢?，仿真波形結(jié)果與實際設(shè)計要求結(jié)果一致。

3 實驗結(jié)果分析
目前，該存儲系統(tǒng)已運行于本研究所自行研發(fā)的空氣動力學粒譜儀中。圖8給出了實測的顆粒物飛行時間譜分布結(jié)果，測量時間為2010年6月18日，地點為安徽省合肥市科學島中科院安徽光機所大樓室內(nèi)，圖中橫坐標代表氣溶膠粒子的飛行時間，單位為納秒（ns），縱坐標代表各個不同飛行時間對應的氣溶膠粒子數(shù)，單位為個（pt）。其中，采樣氣流1 L/min（總氣流51 L/min，殼氣流41 L/min），采樣時間為30 s，將各個飛行時間粒子的粒子數(shù)相加求和得粒子總數(shù)為233 047個。圖中，實測氣溶膠粒子飛行時間譜的分布符合大氣氣溶膠常規(guī)分布這一特征，即氣溶膠粒子粒徑分布不完全是正態(tài)分布，而只是接近正態(tài)分布的特征[4]。

針對空氣動力學粒譜儀系統(tǒng)研制的需要，采用電子學多道存儲技術(shù)設(shè)計了一種基于核心控制器FPGA和雙口RAM的高速大容量存儲系統(tǒng),實現(xiàn)了對氣溶膠粒子的識別和空氣動力學粒徑信息的分類計數(shù)、存儲，存儲容量高達32 768道,每道計數(shù)深度達65 535個(16 bit)，完全滿足氣溶膠粒子的特征和個數(shù)要求。FPGA時鐘頻率高達50 MHz,完全能夠?qū)崿F(xiàn)對大量粒子的快速識別和飛行時間在納秒級的地址轉(zhuǎn)換存儲，另外FPGA采用內(nèi)部硬件電路完成邏輯控制，所以工作穩(wěn)定可靠，且功耗低。經(jīng)過實際運行驗證，該存儲系統(tǒng)完全滿足儀器連續(xù)、實時、在線監(jiān)測的要求，工作穩(wěn)定可靠，實現(xiàn)了對氣溶膠粒徑測量，廣泛應用于環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測、潔凈室檢測、氣溶膠特性研究及對大氣傳輸特性的研究等領(lǐng)域。