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基于PCI总线的锥束CT控制卡的设计与实现

作　者: 刘义杰
导　师: 赵越
学　校: 东北大学
专　业: 生物医学工程
关键词: PCI总线数据传输 CPLD 锥束CT
分类号: R318.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

计算机断层成像(CT)是现代医学成像的重要技术之一,在医学上的应用得到了极大的发展,随着射线源和探测器技术的进步,CT成像能达到的分辨率正在飞速提高。制造工艺的进步和控制手段的多样化,以及各种三维重建算法的提出,使得CT呈现多样化。锥束扫描CT系统和二维扇束、平行束CT系统相比,具有空间分辨率高、投影数据采集时间短、射线利用效率高等优点,随着近几年硬件技术和算法的发展,锥束CT系统已经进入实用阶段。PCI局部总线由于其速度快、可靠性高、成本低、兼容性好等特点,在各种计算机总线标准中占主导地位,基于PCI总线标准的接口设计已经成为相关项目开发中的优先选择。CPLD即可编程逻辑器件,它是作为专用集成电路领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。CPLD的使用非常灵活,同一片CPLD通过不同的编程数据可以产生不同的电路逻辑功能。本文的主要研究工作针对锥束CT系统的控制过程,通过对锥束CT系统结构和工作过程进行全面分析,通过比较几种总线技术,选择了性能卓越的主流总线PCI总线作为锥束CT系统的接口总线,提出了控制卡的硬件总体设计方案,设计了基于PCI总线的控制卡,采用PCI9052做为PCI总线的桥接芯片,采用可编程逻辑器件CPLD做为主要控制芯片,完成了相关硬件和软件的设计。硬件方面的设计工作包括利用PCI9052实现PCI总线接口的硬件电路、PCI9052与CPLD的连接电路、CPLD的硬件电路以及与各外设的接口电路,利用Protel 99设计了硬件系统的原理图和PCB图等。软件方面的设计工作包括利用VHDL语言,采用模块化的设计方法,编写的PCI9052 LOCAL端的接口控制程序、利用VHDL语言编写的各外设接口控制逻辑程序以及利用WinDriver编写的控制卡驱动程序。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-15
  1.1 计算机断层成像的历史  9-11
  1.2 CT工作原理  11-13
  1.3 本文的主要工作和内容安排  13-15
    1.3.1 论文的主要工作  13-14
    1.3.2 论文的内容安排  14-15
第2章锥束CT系统结构  15-25
  2.1 放射源  16-18
    2.1.1 X射线管  16-17
    2.1.2 高压发生器  17-18
  2.2 旋转机构  18-20
    2.2.1 步进电机及驱动器  18-19
    2.2.2 旋转编码器  19-20
  2.3 平板探测器成像系统  20-24
  2.4 本章小结  24-25
第3章 PCI总线结构  25-35
  3.1 PCI总线的特点  25-31
    3.1.1 PCI总线接口信号  26-30
    3.1.2 PCI总线操作规范  30-31
  3.2 PCI总线读写时序  31-33
  3.3 本章小结  33-35
第4章控制卡硬件设计  35-53
  4.1 控制卡总体设计  35-36
  4.2 PCI总线接口设计  36-41
    4.2.1 PCI9052功能  36-37
    4.2.2 PCI总线与PCI9052接口  37-39
    4.2.3 串行EEPROM的配置  39-41
  4.3 CPLD接口电路  41-47
    4.3.1 PCI时序控制  42-46
    4.3.2 干扰抑制电路  46-47
  4.4 接口电路  47-50
    4.4.1 接口电路1  47-48
    4.4.2 接口电路2  48-50
    4.4.3 接口电路3  50
  4.5 PCB电路设计  50-52
  4.6 本章小结  52-53
第5章驱动程序设计  53-61
  5.1 驱动程序设计方法  53-55
  5.2 驱动程序软件设计  55-60
    5.2.1 用Windrive打开、关闭设备  57
    5.2.2 设备的读写操作  57-59
    5.2.3 寄存器的读写  59
    5.2.4 DA操作  59-60
  5.3 本章小结  60-61
第6章结论与讨论  61-63
参考文献  63-65
致谢  65

基于PCI总线的锥束CT控制卡的设计与实现

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