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声源定位系统中四通道高速同步采集的设计和实现

作　者: 郑昀
导　师: 杨鹏
学　校: 河北工业大学
专　业: 控制工程
关键词: 数据采集 USB FPGA 声源定位 LabVIEW
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 8次
引　用: 0次
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内容摘要


听觉系统是人类感官的重要组成部分，随着数字信号处理技术、声电技术以及机器人智能技术的快速发展，声源定位技术已经成为机器人研究领域的重要研究对象。声音具有衍射的特性，能有效的绕过障碍物到达目标，所以可以弥补机器人通过视觉方面进行定位的局限性。数据采集就是把模拟信号转换成数字信号以供计算机进行计算处理，目前它的应用范围越来越广泛。在声源定位系统中，数据采集的采样频率、同步性、传输速率都对声音的采样有很大影响，从而影响定位的精度和准度。研究一种采样频率高、接口通用方便、传输速度高的同步数据采集系统可以有效的提高定位系统的精度和准确度，同时也可以应用于其他领域。结合USB2.0和FPGA的性能优势，本文提出一种四通道高速同步采集系统的设计方法。根据系统的功能要求，本文主要完成硬件设计和软件开发。硬件主要由模数转换模块、FPGA控制模块和USB接口模块三部分组成。选用Altera公司的FPGA为控制核心、AD公司的AD9219模数转换器、Cypress公司的CY7C68013USB控制芯片等完成硬件设计，使用Altium Designer软件设计绘制了四层电路板。软件开发包括FPGA控制逻辑编程、USB固件开发和用户应用界面编写。在时序数字逻辑设计中，通过使用FPGA中丰富的资源，如锁相环PLL、双口RAM、移位寄存器等，完成对系统时钟的精确控制以及实现与USB接口的高速数据传输。使用LabVIEW软件编写用户应用界面，直接调用通用USB驱动程序完成主机与设备之间的通信，最后实现在上位机中对采集系统的控制。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-15
  §1-1 研究背景及意义  9
  §1-2 国内外的发展现状  9-14
    1-2-1 声源定位发展概况  9-11
    1-2-2 数据采集系统发展现况  11-12
    1-2-3 FPGA 的发展趋势  12-13
    1-2-4 USB 接口技术的发展概况  13-14
  §1-3 本文研究内容  14
  §1-4 本章小结  14-15
第二章 机器人定位系统及声源定位系统实验平台搭建  15-22
  §2-1 机器人定位系统  15-19
    2-1-1 传声器模块  15-16
    2-1-2 声音信号预处理模块  16-17
    2-1-3 定位模块  17-18
    2-1-4 机器人本体  18-19
  §2-2 声源定位系统平台搭建  19-21
    2-2-1 传声器阵列设计  19-20
    2-2-2 数据采集卡总体设计和声源定位系统的工作流程  20-21
  §2-3 本章小结  21-22
第三章 数据采集系统硬件设计  22-37
  §3-1 模数转换模块设计  22-26
    3-1-1 芯片选型  22-24
    3-1-2 阻抗匹配电路设计  24-26
    3-1-3 模数转换模块硬件电路设计  26
  §3-2 FPGA 控制模块电路设计  26-29
    3-2-1 芯片选型  26-27
    3-2-2 配置电路  27-28
    3-2-3 时钟电路  28-29
  §3-3 USB 接口设计  29-34
    3-3-1 芯片介绍  29-30
    3-3-2 芯片接口模式  30-31
    3-3-3 USB 芯片端点缓冲配置  31
    3-3-4 接口电路设计  31-34
  §3-4 电源和 PCB 板抗干扰设计  34-36
    3-4-1 电源设计  34-35
    3-4-2 电路板抗干扰设计  35-36
  §3-5 本章小结  36-37
第四章 数据采集系统软件设计  37-50
  §4-1 FPGA 时序逻辑设计  37-41
    4-1-1 硬件描述语言介绍  37
    4-1-2 Quartus II 简介  37-38
    4-1-3 FPGA 功能描述  38-39
    4-1-4 USB 接口逻辑设计  39-41
  §4-2 USB 软件设计  41-49
    4-2-1 固件程序设计  42-45
    4-2-2 驱动程序设计  45-46
    4-2-3 用户应用程序设计  46-49
  §4-3 本章小结  49-50
第五章 总结和展望  50-51
  §5-1 总结  50
  §5-2 今后待研究的问题  50-51
参考文献  51-53
致谢  53

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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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