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プログラマブルICによる論理回路設計

佐藤構二、武内勇司

素粒子実験研究室

連絡先 ksato@hep.px.tsukuba.ac.jp

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テーマの概要

• 受入可能人数：6名程度

– Windows7または10のラップトップを持参できること。

• 開催時期– 5月連休明けからはじめて、通年、週1回・2コマ程度くらいを考えています。

• 予備知識がない人でも一緒に勉強できます。

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どういうモノを使うか？

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CPLDボード

Raspberry Pi(名刺サイズのPC、I/Oピン付)

Complex Programmable Logic DeviceこのICの動作・機能をわれわれが設計し、焼きこんで使う。

CPLDプログラミング 例題１

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• 授業はCPLDプログラミングの第一歩から始める。

– LEDで遊んでみるところから。

CPLDを使って

宇宙線ミューオンを観測したい

• 実験３ 素粒子テーマでは、宇宙線として降ってくるミューオン（ミュー粒子）を観測している。

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ミューオン

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ミューオン寿命測定の回路

483mm

実験３：複数のNIMモジュール

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ミューオン寿命測定の回路

483mm

実験３：複数のNIMモジュール 2017年度の課題探求実習

PCをRaspberryPiに置き換え

論理回路をCPLDでプログラミング・実装

2017年度実習のデータ

• 3月の補講で、システムを完成。

• データを取り、μ粒子の寿命を測定することができた。𝜏𝜇 = 2.291 ± 0.086 𝜇𝑠𝑒𝑐

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バックアップ

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寿命測定原理2二次宇宙線のμ粒子を金属板のストッパーに捉え,t=0とし,そのμ粒子の崩壊でできた電子(陽電子)を観測した時刻をtdecayとする.

宇宙 高エネルギー陽子

大気 p

π＋ π-

μμ-

ストッパー

荷電粒子が通過すると信号を出す検出器

Start

Stop

“突き抜け”μ粒子に対

しては,Startはかからない.

突き抜け

どうしてCPLDを使ってみたい？

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CPLDボード

Complex Programmable Logic DeviceこのICの動作・機能をわれわれが設計し、焼きこんで使う。

• 近年、こうしたカスタムICの性能も上がり、安価にもなった。

素粒子、原子核実験では、実験グループが独自に電子回路を開発する場合が多い。

Raspberry Pi(名刺サイズのPC、I/Oピン付)