本文以“某港口航道水深适时监测技术研究”项目为背景,针对港口水深测量系统中发射的水声信号,采用基于GPS时间同步技术、以MCU+FPGA为核心控制单元的设计方案,设计了一套适用于工程实际的水声信号数据采集与处理系统。该系统作为港口航道水深适时监测技术的重要部分,具有极为重要的意义。水声信号数据采集控制的核心是FPGA,时序电路的设计采用VHDL语言实现。主要任务是控制ADC与FIFO的工作时序相互配合,实现水声信号的高速采集与存储。该数据采集系统位于港口航道的一侧,水声信号的发射端位于港口航道另一侧,在同步技术方面,系统使用GPS技术来实现。发射换能器和数据采集与处理系统的处理器同时读取GPS的时间信息,到达预设时刻时,水声信号发射端和数据采集系统同时启动,实现对水声信号的异地同步采集。水声信号数据的算法处理是由单片机实现的。数据采集完成之后,单片机读取FIFO中的数据,并对其作信号的短时能量分析,判断出水声信号的起始点,然后将水声信号的有效数据和水声信号起始点的位置通过VHF发送到上位机。实验测试证明,本文设计的数据采集与处理系统在采样率为4MHz时工作稳定可靠,功耗低,测量精度高,具有较强的实用性,在水声信号的采集与处理方面有着广阔的应用前景。
标签： 数据采集
上传时间： 2022-06-04
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随着现代科学技术的迅速发展和人们对数据采集技术要求的日益提 高，近年来数据采集技术得到了长足的发展，主要表现为精度越来越高， 传输的速度越来越快。但是各种基于ISA、PCI 等总线的数据采集系统存 在着安装麻烦、受计算机插槽数量、地址、中断资源的限制、可扩展性 差等缺陷，严重的制约了它们的应用范围。USB 总线的出现很好的解决了 上述问题，它是1995 年INTEL、NEC、MICROSOFT、IBM 等公司为解决传 统总线的不足而推出的一种新型串行通信标准。为了适应高速传输的需 要，2004 年4月，这些公司在原来1.1 协议的基础上制定了USB2.0 传输 协议，使传输速度达到了480Mb/s。该总线具有安装方便、高带宽、易扩 展等优点，已经逐渐成为现代数据采集传输的发展趋势。 以高速数字信号处理器（DSPs）为基础的实时数字信号处理技术近 年来发展迅速，并获得了广泛的应用。TMS320C6713 是德州仪器公司 （ Texas Instrument ） 推出的浮点DSPs ， 其峰值处理能力达到了 1350MFLOPS，是目前国际上性能最高的DSPs 之一。同时该DSPs 接口丰 富，扩展能力强，非常适合于做主控芯片。 基于TMS320C6713 和USB2.0，本文设计了一套多路实时信号采集系 统。该设计充分利用了高速数字信号处理器TMS320C6713 和USB 芯片 CY7C68001 的各种优点，实现了传输速度快，采样精度高，易于扩展，接口简单的特点。在本文中详细讨论了各种协议和功能模块的设计。本文 的设计主要分为硬件部分和软件部分，其中硬件部分包括模拟信号输入 模块，AD 数据采集模块，USB 模块，所有的硬件模块都在TMS320C6713 的协调控制下工作，软件部分包括DSP 程序和PC 端程序设计。总的设计 思想是以TMS320C6713为核心，通过AD 转换，将采集的数据传送给 TMS320C6713 进行数据处理，并将处理后的数据经过USB 接口传送到上位 机。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：fudong911
心音信号是人体最重要的生理信号之一，包含心脏各个部分如心房、心室、大血管、心血管及各个瓣膜功能状态的大量生理病理信息。心音信号分析与识别是了解心脏和血管状态的一种不可缺少的手段。本文针对目前该研究领域中存在的分析方法问题和分类识别技术难点展开了深入的研究，内容涉及心音构成的分析、心音信号特征向量的提取、正常心音信号（NM）和房颤（AF）、主动脉回流（AR）、主动脉狭窄（AS）、二尖瓣回流（MR）4种心脏杂音信号的分类识别。本文的工作内容包括以下5个方面： a）心音信号采集与预处理。本文采用自行研制的带有录音机功能的听诊器实现对心音信号的采集。通过对心音信号噪声分析，选用小波降噪作为心音信号的滤波方法。根据实验分析，选择Donoho阈值函数结合多级阈值的方法作为心音信号预处理方案。 b）心音信号时频分析方法。文中采用5种时频分析方法分别对心音信号进行了时频谱特性分析，结果表明：不同的时频分析方法与待分析心音信号的特性有密切关系，即需要在小的交叉项干扰与高的时频分辨率之间作综合的考虑。鉴于此，本文提出了一种自适应锥形核时频（ATF）分析方法，通过实验验证该分布能较好地反映心音信号的时频结构，其性能优于一般锥形核分布（CKD）以及Choi-Williams分布（CWD）、谱图（SPEC）等固定核时频分析方法，从而选择自应锥形核时频分析方法进行心音信号分析。 c）心音信号特征向量提取。根据对3M Littmann（） Stethoscopes[31]数据库中标准心音信号的时频分析结果，提取8组特征数据，通过Fihser降维处理方法提取出了实现分类可视化，且最易于分类的心音信号的2维特征向量，作为心音信号分类的特征向量。 d）心音信号分类方法。根据心音信号特征向量组成的散点图，研究了支持向量机核函数、多分类支持向量机的选取方法，同时，基于分类的目的 性和可信性，本文提出以分类精度最大为判断准则的核函数参数与松弛变量的优化方法，建立了心音信号分类的支持向量机模型，选取标准数据库中NM、AF、AR、AS、MR每类心音信号的80组2维特征向量中每类60组数据作为支持向量机的学习样本，对余下的每类20组数据进行测试，得到每类的分类精度（Ar）均为100％，同时对临床上采集的与上述4种同类心脏杂音信号和正常心音信号中每类24个心动周期进行分类实测，分类精度分别为：NM、AF、MR的分类精度均为100％，而AR、AS均为95．83％，验证了该方法的分类有效性。 e）心音信号分析与识别的软件系统。本文以MATLAB语言的可视化功能实现了心音信号分析与识别的软件运行平台构建，可完成对心音信号的读取、预处理，绘制时-频、能量特性的三维图及两维等高线图；同时，利用MATLAB与EXCEL的动态链接，实现对心音信号分析数据的存储以及统计功能；最后，通过对心音信号2维特征向量的分析，实现心音信号的自动识别功能。 本文的研究特色主要体现在心音信号特征向量提取的方法以及多分类支持向量机模型的建立两方面。 综上所述，本文从理论与实践两方面对心音信号进行了深入的研究，主要是采用自适应锥形核时频分析方法提取心音信号特征向量，根据心音信号特征向量组成的散点图，建立心音信号分类的支持向量机模型，并对正常心音信号和4种心脏杂音信号进行了分类研究，取得了较为满意的分类结果，但由于用于分类的心脏杂音信号种类及数据量尚不足，因此，今后的工作重点是采集更多种类的心脏杂音信号，进一步提高心音信号分类精度，使本文研究成果能最终应用于临床心脏量化听诊。 关键词：心音信号，小波降噪，非平稳信号，心脏杂音，信号处理，时频分析，自适应，支持向量机
上传时间： 2013-04-24
上传用户：weixiao99
本文提出了一种基于USB和FPGA的高性能数据采集模块USB12016(USB总线，A/D垂直分辨率为12位，存储容量为16兆)的软硬件设计与实现方法。该数据采集卡包括模拟输入、A/D转换、数据缓存、FPGA控制电路和USB总线接口等，在一张卡上实现了8通道模拟信号调理、采集、处理，并可实现多卡同步触发采集，具有高精度，低噪声，低失真和测试信号范围宽的特点。USB12016配有系统驱动控制程序软件，在Windows9X/2000版本的操作平台下运行，控制面板完全是虚拟仪器软面板，图形化界面十分友好。USB12016是USB接口技术、FPGA技术和嵌入式技术融为一体的结晶，已成功应用于军事测控领域。
上传时间： 2013-06-12
上传用户：CETM008
任意波形发生器已成为现代测试领域应用最为广泛的通用仪器之一，代表了信号源的发展方向。直接数字频率合成(DDS)是二十世纪七十年代初提出的一种全数字的频率合成技术，其查表合成波形的方法可以满足产生任意波形的要求。由于现场可编程门阵列(FPGA)具有高集成度、高速度、可实现大容量存储器功能的特性，能有效地实现DDS技术，极大的提高函数发生器的性能，降低生产成本。 本文首先介绍了函数波形发生器的研究背景和DDS的理论。然后详尽地叙述了用FPGA完成DDS模块的设计过程，接着分析了整个设计中应处理的问题，根据设计原理就功能上进行了划分，将整个仪器功能划分为控制模块、外围硬件、FPGA器件三个部分来实现。最后就这三个部分分别详细地进行了阐述。 在实现过程中，本设计选用了Altera公司的EP2C35F672C6芯片作为产生波形数据的主芯片，充分利用了该芯片的超大集成性和快速性。在控制芯片上选用了三星公司的上S3C2440作为控制芯片。本设计中，FPGA芯片的设计和与控制芯片的接口设计是一个难点，本文利用Altera的设计工具QuartusⅡ并结合Verilog—HDL语言，采用硬件编程的方法很好地解决了这一问题。论文最后给出了系统的测量结果，并对误差进行了一定分析，结果表明，可输出步进为0.01Hz，频率范围0.01Hz～20MHz的正弦波、三角波、锯齿波、方波，或0.01Hz～20KHz的任意波。通过实验结果表明，本设计达到了预定的要求，并证明了采用软硬件结合，利用FPGA技术实现任意波形发生器的方法是可行的。
上传时间： 2013-08-03
上传用户：1079836864
随着科学技术的快速发展和数据采集系统的广泛应用，人们对数据采集系统的速度、精度、易操作性以及实时性的要求也在不断地提高。通用串行总线USB作为一种新型的微机总线接口规范，以其使用方便、易于扩展、速度快等优点而被广泛地应用于数据采集系统中。现场可编程门阵列最大的特点是结构灵活，开发周期较短，适合于实时信号处理，已被广泛应用于通信、数据采集、图像处理等诸多领域。 @@ 本文充分利用USB和FPGA的上述优点，设计了一种基于USB2.0技术和FPGA技术相结合的高速数据采集系统。 @@ 首先，对数据采集基本理论及系统相关技术进行了简单地介绍。 @@ 其次，对以ADC转换器(TLC5510)、FPGA芯片(EP1C6Q240C8)为控制器和USB接口芯片(CY7C68013A-56，简称FX2)为主的数据采集系统进行了硬件设计和分析，并在此设计的基础上给出相应的原理图、PCB。硬件设计主要包括FPGA与ADC和FX2之间的接口电路设计以及硬件逻辑设计。 @@ 再次，根据系统需求，对系统软件部分进行了设计，分三部分：一是为满足FX2在USB上的最大传输速率而编写的固件程序；二是在PC机中的WindowsXP系统下利用GPD编写USB设备驱动程序；三是充分了解FX2的主要功能特点，并编写出应用程序。 @@ 最后，对系统的软硬件进行了调试，给出了调试结果和分析，对出现的问题给出了解决方案。结果表明，系统符合设计要求。 @@关键词：USB2.0；FPGA；SOPC；数据采集；固件；
上传时间： 2013-06-21
上传用户：cath
作为电子类专业学生，实验是提高学生对所学知识的印象以及发现问题和解决问题的能力，增加学生动手能力的必须环节。本设计的目的就是开发一套满足学生实验需求的信号源，基于此目的本信号源并不需要突出的性能，但经济上要求低成本，同时要求操作简单，能够输出多种波形，并且利于学生在此平台上认识信号源原理，同时方便在此平台上进行拓展开发。 设计中运用虚拟仪器技术将计算机屏幕作为仪器面板，采用EPP接口，同时在FPGA上开发控制电路，为后续开发留下了空间，同时节省了成本。本设计采用地址线16位，数据线12位的静态RAM作为信号源的波形存储器，后端采用两种滤波类型对需要滤波的信号进行滤波。启动信号时软件需要先将波形数据预存在存储器中便于调用，最后得到的结果基本满足教学实验的需求。 本文结构上首先介绍了直接采用DDS芯片制作信号源的利弊，及作者采用这种设计的初衷，然后介绍了信号源的整体结构，总体模块。以下章节首先介绍FPGA内部设计，包括总体结构和几大部分模块，包括：时钟产生电路，相位累加器，数据输入控制电路，滤波器控制电路，信号源启动控制电路。 然后介绍了其他模块的设计，包括存储器选择，幅度控制电路的设计以及滤波器电路的设计，本设计的幅度控制采用两级DA级联，以及后端电阻分压网络调节的方式进行设计，提高了幅度调节的范围。对于滤波器的设计，依据不同的信号频率，分成了4个部分，对于500K以下的信号采用的是二阶巴特沃斯有源低通滤波，对于500K以上至5M以下信号采用的五阶RC低通滤波器。 在软件设计部分，分成两个部分，对于底层驱动程序采用以Labwindows/CVI为平台进行开发，利用其编译和执行速度快，并且和LabVIEW能够很好连接的特性。对于上层控制软件，采用以LabVIEW为平台进行开发，充分利用其图化设计，易于扩展。 论文最后对所做工作进行了总结，提出了进一步改进的方向。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：afeiafei309
随着计算机和自动化测量技术的日益发展，测量仪器和计算机的关系日益密切。计算机的很多成果很快就应用到测量和仪器领域，与计算机相结合已经成为测量仪器和自动测试系统发展的必然趋势。高度集成的现场可编程门阵列（FPGA）是超大规模集成电路和计算机辅助设计技术发展的结果，由于FPGA器件具备集成度高、体积小、可以利用基于计算机的开发平台，用编写软件的方法来实现专门硬件的功能等优点，大大推动了数字系统设计的单片化、自动化，缩短了单片数字系统的设计周期、提高了设计的灵活性和可靠性。 本文研究基于网络的高速数据采集系统的设计与实现问题。论文完成了以FPGA结构为系统硬件平台，uClinux为核心的系统的软件平台设计，进行信号的采集和远程网络监测的功能。 论文从软硬件两方面入手，阐述了基于FPGA器件进行数据采集的硬件系统设计方法，以及基于uClinux操作系统的设备驱动程序设计和应用程序设计。 硬件方面，FPGA采用Xilinx公司Spartan系列的XC3S500芯片，用verilog HDL硬件描述语言在Xilinx公司提供的ISE辅助设计软件中实现FPGA编程。将微处理器MicroBlaze、数据存储器、程序存储器、以太网控制器、数模转换控制器等数字逻辑电路通过CoreConnect技术用OPB总线集成在同一个FPGA内部，形成一个可编程的片上系统（SOPC）。采用基于FPGA的SOPC设计的突出优点是不必更换芯片就可以实现设计的改进和升级，同时也可以降低成本和提高可靠性。 软件方面，为了更好更有效地管理和拓展系统功能，移植了uClinux到MicroBlaze软处理器上，设计实现了平台上的ADC设备驱动程序和数据采集应用程序。并通过修订内核，实现了利用以太网TCP/IP协议来访问数据采集程序获得的数据。
上传时间： 2013-05-23
上传用户：晴天666
随着现代DSP、FPGA等数字芯片的信号处理能力不断提高，基于软件无线电技术的现代通信与信息处理系统也得到了更为广泛的应用。软件无线电的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件系统作为其应用平台，把尽可能多的无线及个人通信和信号处理的功能用软件来实现，从而将无线通信新系统、新产品的开发逐步转移到软件上来。另一方面，现代信号处理系统对数据的处理速度、处理精度和动态范围的要求也越来越高，需要每秒完成几千万到几百亿次运算。因此研制具备高速实时信号处理能力的通用硬件平台越来越受到业界的重视。 @@ 目前的高速实时信号处理系统一般均采用DSP+FPGA的架构，其中DSP主要负责完成系统通信和基带信号处理算法，而FPGA主要完成信号预处理等前端算法，并提供系统常用的各种外部接口逻辑。本文的主要工作就在于完成通用型高速实时信号处理系统的FPGA软件设计。 @@ 本文提出了一种基于多DSP与FPGA的通用高速实时信号处理系统的架构。综合考虑各方面因素，作者选择使用两片ADSP-TS201浮点DSP以混合耦合模型构成系统信号处理核心；以Xilinx公司最新的高性能FPGA Virtex-5系列的XC5VLX50T提供系统所需的各种接口，包括与ADSP-TS201的高速Linkport接口以及SPI、UART、SPORT等常用外设接口。此外，作者还选择了ADSP-BF533定点DSP加入系统当中以扩展系统音视频信号处理能力，体现系统的通用性。 @@ 基于FPGA的嵌入式系统设计正逐渐成为现代FPGA应用的一个热点。结合课题需要，作者以Xilinx公司的MicroBlze软核处理器为核心在Virtex-5片内设计了一个嵌入式系统，完成了对CF卡、DDR2 SDRAM存储器的读写控制，并利用片内集成的三态以太网MAC硬核模块，实现了系统与上位PC机之间的以太网通信链路。此外，为扩展系统功能，适应未来可能的软件升级，进一步提高系统的通用性，还将嵌入式实时操作系统μC/OS-II移植到MicroBlaze处理器上。 @@ 最后，作者介绍了基于Xilinx RocketIO GTP收发器的高速串行传输设计的关键技术和基本的设计方法，充分体现了目前高速实时信号处理系统的发展要求和趋势。 @@关键词：高速实时信号处理；FPGA；Virtex-5；嵌入式系统；MicroBlaze
上传时间： 2013-05-17
上传用户：wangchong
近年来，以FPGA为代表的数字系统现场集成技术取得了快速的发展，FPGA不但解决了信号处理系统小型化、低功耗、高可靠性等问题，而且基于大规模FPGA单片系统的片上可编程系统(SOPC)的灵活设计方式使其越来越多的取代ASIC的市场。传统的通用信号处理系统使用DSP作为处理核心，系统的可重构型不强，FPGA解决了这一问题，并且现有的FPGA中，多数已集成DSP模块，结合FPGA较强的信号并行处理特性使其与DSP信号处理能力差距很小。因此，FPGA作为处理核心的通用信号处理系统具有很强的可实施性。 @@ 基于上述要求，作者设计和完成了一个基于多FPGA的通用实时信号处理系统。该系统采用4片XC3SD1800A作为处理核心，使用DDR2 SDRAM高速存储实时数据。作者通过全面的分析，设计了核心板、底板和应用板分离系统架构。该平台能够根据实际需求进行灵活的搭配，核心板之间的数据传输采用了LVDS(低电压差分信号)技术，从而使得数据能够稳定的以非常高的速率进行传输。 @@ 本系统属于高速数字电路的设计范畴，因此必须重视信号完整性的设计与分析问题，作者根据高速电路的设计惯例和软件辅助设计的方法，在分析和论证了阻抗控制、PCB堆叠、PCB布局布线等约束的基础上，顺利地完成了PCB绘制与调试工作。 @@ 作为系统设计的重要环节，作者还在文中研究了在系统设计过程中出现的电源完整性问题，并给出了解决办法。 @@ LVDS高速数据通道接口和DDR2存储器接口设计决定本系统的使用性能，本文基于所选的FPGA芯片进行了详细的阐述和验证。并结合系统的核心板和底板，完成了应用板，视频图像采集、USB、音频、LCD和LED矩阵模块显示等接口的设计工作，对其中的部分接口进行了逻辑验证。 @@ 经过测试，该通用的信号处理平台具有实时性好、通用性强、可扩展和可重构等特点，能够满足当前一些信号处理系统对高速、实时处理的要求，可以广泛应用于实时信号处理领域。通过本平台的研究和开发工作，为进一步研究和设计通用、实时信号处理系统打下了坚实的基础。 @@关键词：通用实时信号处理；FPGA；信号完整性；DDR2；LVDS
上传时间： 2013-05-27
上传用户：qiaoyue
