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超声瞬时弹性成像数据采集系统的研究

作　者: 黄爱军
导　师: 卢珞先
学　校: 武汉理工大学
专　业: 电路与系统
关键词: 超声检测 信号采集 FPGA USB
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着集成电子技术和计算机技术的快速发展,超声弹性成像技术采用了大量的电子和信号处理方面的科技成果,并结合了先进的处理器,实现了超声弹性成像系统的高精度、高分辨率。在超声系统检测仪的设计和实现中,EDA技术与FPGA器件作为一种先进、便捷、高效的设计手段,得到了广泛的应用。以FPGA为代表的可编程逻辑器件的迅速发展,使得传统的电路设计发生了较大的变化,在产品的研发过程中,不再是单一的使用模拟电路或者数字电路,而是可以将所设计系统的功能模块设计成为用户定制的专用集成电路,选择用FPGA和USB2.0相结合来实现超声检测仪的数据采集与传输系统则是一种全新的应用。本文简要介绍了肝硬化检测仪中超声瞬时弹性成像技术,并结合国内外的超声瞬时弹性成像技术,设计出了一种超声信号采集与传输系统模块,并对该系统模块做了详细的介绍。该系统的设计方案具有超声成像系统的高精度、高分辨力,同时具有较高的数据传输速率,可以满足大量数据传输的情况,另外还可以通过修改相关软件的配置进而对其功能进行扩展,获取相关检测信息。本课题对肝硬化检测仪中的数据采集与传输系统进行研究,该数据采集与传输系统主要包括硬件电路设计和软件编程。硬件电路设计主要包括A/D转换电路设计、模拟开关电路设计、模拟输入电路设计、时钟输入电路设计以及FPGA控制模块、USB2.0传输模块、电源转换电路设计等电路设计。软件编程主要包括FPGA对A/D的控制、FIFO模块的实现、CY7C68013A的固件程序编写、上位机读取数据以及相关图形显示的操作界面设计。通过硬件与软件相结合的方式进行系统功能测试与性能分析,结果表明该数据采集与传输系统的设计可以实现超声瞬时弹性成像数据采集与传输的要求,达到了设计的效果。最后,对本课题的研究情况进行了总结,同时进一步对本课题的研究方向做出了展望。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-13
  1.1 研究背景和意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
  1.3 本文的研究内容  12-13
第2章 超声瞬时弹性成像技术及其系统结构  13-19
  2.1 超声瞬时弹性成像技术  13-14
  2.2 超声瞬时弹性成像系统分类  14-15
    2.2.1 透射式弹性成像系统  14-15
    2.2.2 反射式弹性成像系统  15
  2.3 超声瞬时弹性成像系统构成  15-18
    2.3.1 超声瞬时弹性成像系统结构的研究  16-17
    2.3.2 超声瞬时弹性成像系统相关参数  17-18
    2.3.3 超声回波信号特点  18
  2.4 本章小结  18-19
第3章 超声信号采集系统硬件设计与实现  19-41
  3.1 超声信号采集系统的总体设计  19-20
  3.2 系统关键功能模块芯片  20-25
    3.2.1 模拟开关芯片  20-21
    3.2.2 模数转换器芯片  21-22
    3.2.3 FPGA芯片EP1C6  22-23
    3.2.4 CY7C68013A芯片  23-25
  3.3 A/D转换电路设计  25-32
    3.3.1 模拟开关电路设计  26
    3.3.2 模拟输入电路设计  26-27
    3.3.3 时钟输入电路设计  27-28
    3.3.4 电源转换电路设计  28-29
    3.3.5 A/D转换模块功能实现  29-31
    3.3.6 PCB板的实现  31-32
  3.4 FPGA控制A/D转换模块设计  32-38
    3.4.1 FPGA控制A/D模块框图  32
    3.4.2 PLL时钟模块  32-34
    3.4.3 并行控制模式下A/D转换的仿真  34-36
    3.4.4 串行控制模式下A/D转换的仿真  36-38
  3.5 传输功能的实现  38-40
  3.6 本章小结  40-41
第4章 系统软件设计  41-50
  4.1 FPGA软件设计  41-46
    4.1.1 并行控制模式下的A/D转换程序设计  41-42
    4.1.2 串行控制模式下的A/D转换程序设计  42
    4.1.3 A/D转换的SignalTapⅡ测试  42-45
    4.1.4 SlaveFIFO写的程序设计  45-46
  4.2 USB应用软件设计  46-49
    4.2.1 固件程序设计  46-47
    4.2.2 驱动程序和应用程序  47-49
  4.3 本章小结  49-50
第5章 系统功能测试与性能分析  50-56
  5.1 系统功能测试  50-55
  5.2 系统传输性能分析  55
  5.3 本章小结  55-56
第6章 总结与展望  56-58
  6.1 全文总结  56
  6.2 未来工作展望  56-58
致谢  58-59
参考文献  59-62
附录A  62

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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