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数字化超声波无损检测系统的设计

作　者: 魏庆健
导　师: 王克成
学　校: 辽宁科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 超声波 FPGA ARM控制器
分类号: TP274.53
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 53次
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内容摘要

目前超声波探伤作为一种比较成熟的无损检测方法在各个领域都得到了广泛的应用。所谓超声波探伤就是通过探头回波信号幅度的变化来判断被检测对象的缺陷。当今计算机技术已经深入到各个行业，以数字化的方式设计超声波探伤仪可以克服传统探伤方式中仪器稳定性差、受现场干扰影响大等诸多不利因素，使仪器性能得以大幅度提高。依靠数字技术，可以对信号作更加细致和更加深入的分析，结合信号处理和信号识别理论，能够使探伤仪具备人工智能的特点。本文主要以超声波无损检测系统的设计为目标，主要研究了以FPGA+ARM的硬件主体结构的超声波无损检测系统。通过FPGA完成探头激励控制、前级信号接收处理、位置信息获取、电子门数据计算等功能；ARM9嵌入式系统通过100MHz以太网与上位机通信，主要完成配置信息获取并传给FPGA、获取FGPA处理后的数据发送给上位机等功能。本设计主要采用的是Altera公司生产的EP1C6芯片作为整个系统的核心控制和运算芯片，由于其具有各种可编程外接接口，因此，此芯片就能就能灵活的配置系统所需要的外部芯片。同时配有100MhzA/D转换器和ARM9控制器，保证了超声波信号采集的准确性和高速性。ARM控制器控制超声触发脉冲的发射，接收处理超声回波信号，判伤识别后将数据通过以太网接口，送到以太网交换机，然后再传送给上位机。本论文主要的核心是超声波无损检测系统的硬件电路设计和FPGA部分的数字电路设计及实现。此外，本论文还介绍了ARM控制器的设计以及以太网接口的实现。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
目录  7-9
1. 绪论  9-17
  1.1 超声波无损检测系统的设计背景  9-10
  1.2 超声波无损检测系统的基本方法及其原理  10-13
    1.2.1 超声波探伤的基本概念  10-11
    1.2.2 超声波的探伤方法  11-13
  1.3 超声波无损检测系统国内外的研究状况  13-15
    1.3.1 超声波无损检测系统国外的研究状况  13-14
    1.3.2 超声波无损检测系统国内的研究状况  14-15
  1.4 本课题主要研究的内容  15-17
2.超声波无损检测系统的硬件设计及模拟电路设计  17-27
  2.1 系统硬件设计方案  17-20
  2.2 发射电路的设计  20-21
  2.3 接收电路的设计  21-23
  2.4 A/D 高速数据采集  23-25
  2.5 本章小结  25-27
3.超声波无损检测系统的数字电路设计  27-41
  3.1 FPGA 简介  27-30
    3.1.1 可编程逻辑设计简介  27-28
    3.1.2 FPGA 的内部结构  28-30
  3.2 核心处理器芯片的选型  30-32
  3.3 无损检测系统的部分数字电路设计  32-35
    3.3.1 JTAG 接口电路设计  32-33
    3.3.2 EPCS 接口电路设计  33-34
    3.3.3 系统存储器设计  34-35
  3.4 FPGA 的开发介绍及软件构成  35-39
    3.4.1 FPGA 开发软件介绍  35-36
    3.4.2 系统编程语言的设计及开发流程  36-39
  3.5 NIOS 软核的配置  39-41
4.ARM 控制器设计介绍  41-59
  4.1 ARM 简介  41-44
    4.1.1 ARM 微处理器简介  41-42
    4.1.2 嵌入式系统技术  42-44
  4.2 ARM 处理器的选型  44-48
    4.2.1 核心芯片的选型  44-45
    4.2.2 TQ2440 开发板检测  45-48
  4.3 嵌入式软件开发与工具  48-54
    4.3.1 嵌入式软件开发的一般流程  48-51
    4.3.2 编译器简介  51
    4.3.3 嵌入式软件开发的调试环境  51-53
    4.3.4 ARM 处理器的开发工具  53-54
  4.4 基于 ARM 的以太网通信  54-59
    4.4.1 基于 ARM 嵌入式接口设计  54-55
    4.4.2 硬件接口驱动的设计  55-59
5.系统软件部分的设计及实现  59-65
  5.1 主要模块的设计及仿真  59-62
  5.2 FPGA 主体的软件设计及仿真  62-63
  5.3 本章小结  63-65
6.总结与展望  65-67
  6.1 总结  65
  6.2 展望  65-67
参考文献  67-69
致谢  69-71
作者简介  71-72

数字化超声波无损检测系统的设计

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