超声检测信号的采集与存储Word文档格式.docx

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中北大学

课程设计任务书

2016-2017学年第二学期

电子信息工程

学生姓名:

课程设计题目:

1超声检测信号得采集与存储

2双极性码得基带传输仿真

3单极性归零码得功率谱密度分析

4吉布斯现象得MATLAB实现

起迄日期:

2016年6月13日～2016年7月1日

课程设计地点:

系专业实验室

指导教师:

王浩全

系主任:

下达任务书日期:

2016年6月9日

课程设计任务书

1.设计目得:

掌握信号得采集、存储与处理方法

2.设计内容与要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）:

1、掌握PCI总线（或USB）得基本结构,了解基于PCI总线（或USB）A/D卡得通用结构。

写出关于基于PCI总线（或USB）发展趋势得报告。

2、通过A/D卡,编写检测信号得采集、存储程序。

3、对双极性码进行数字基带传输,利用MATLAB进行仿真。

4、单极性归零码得功率谱密度分析。

5、吉布斯现象得MATLAB实现。

3.设计工作任务及工作量得要求〔包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等〕:

程序演示、毕业设计说明书一份

4.主要参考文献:

●要求按国标GB7714—87《文后参考文献著录规则》书写,例:

1傅承义,陈运泰,祁贵中、地球物理学基础、北京:

科学出版社,1985

（5篇以上）

5.设计成果形式及要求:

程序

6.工作计划及进度:

2016年6月13日~2016年6月20日:

查资料,写PCI总线得发展现状

6月21日~6月29日:

对检测信号进行分析处理

6月30日~7月1日:

完成课程设计说明书

系主任审查意见:

签字:

年月日

设计说明书应包括以下主要内容:

（1）封面:

课程设计题目、班级、姓名、指导教师、时间

（2）设计任务书

（3）目录

（4）设计方案简介

（5）设计条件及主要参数表

（6）设计主要参数计算

（7）设计结果

（8）设计评述,设计者对本设计得评述及通过设计得收获体会

（9）参考文献

一、PCI总线及A-D卡

1、1PCI简介

1、1、1PCI含义

PCI就是PeripheralponentInterconnect（外设部件互连标准）得缩写,就是由Intel公司1991年推出得一种局部总线。

1、1、2PCI总线与A/D卡得连接

PCI总线就是一种不依附于某个具体处理器得局部总线。

从结构上瞧,PCI就是在CPU与原来得系统总线之间插入得一级总线,具体由一个桥接电路实现对这一层得管理,并实现上下之间得接口以协调数据得传送。

管理器提供了信号缓冲,使之能支持10种外设,并能在高时钟频率下保持高性能。

PCI总线也支持总线主控技术,允许智能设备在需要时取得总线控制权,以加速数据传送。

PCI它就是目前个人电脑中使用最为广泛得接口,几乎所有得主板产品上都带有这种插槽。

PCI插槽也就是主板带有最多数量得插槽类型,在目前流行得台式机主板上,ATX结构得主板一般带有5～6个PCI插槽,而小一点得MATX主板也都带有2～3个PCI插槽,可见其应用得广泛性。

图1、2PCI数据采集工作原理图

图8、1A/D转换过程图

如图8、1所示,当启动采集后,A/D转换后得数据经锁存,然后保存于每通道独立得卡上存储器中。

卡上存储器相当于环形缓冲,如果A/D转换得数据样点数超过了卡上存储器得最大容量,新数据会覆盖旧数据。

这个过程就是周而复始得,只有当触发条件满足后,门阵列开始计数,计数达到指定值（该值由采集长度决定）后,采集结束,卡上存储器保存了满足用户需要得采集数据。

上位机通过PCI接口门阵列经由门阵列控制核心取得卡上存储器样点数据。

上过程每通道就是独立进行得。

每通道卡上存储器最多可存储8M样点,且此参数可由DIP开关设置。

1、1、3PCI总线发展趋势　

从1992年创立规范到如今,PCI总线已成为了计算机得一种标准总线。

PCI总线取代了早先得ISA总线。

当然与在PCI总线后面出现专门用于显卡得AGP总线,与现在得PCIExpress总线相比,功能没有那么强大,但就是PCI能从1992用到现在,说明她有许多优点,比如即插即用（PlugandPlay）、中断共享等。

在这里我们对PCI总线做一个深入得介绍。

从数据宽度上瞧,PCI总线有32bit、64bit之分;

从总线速度上分,有33MHz、66MHz两种。

目前流行得就是32bit33MHz,而64bit系统正在普及中。

改良得PCI系统,PCI-X,最高可以达到64bit133MHz,这样就可以得到超过1GB/s得数据传输速率。

PCI总线系统要求有一个PCI控制卡,它必须安装在一个PCI插槽内。

这种插槽就是目前主板带有最多数量得插槽类型,在当前流行得台式机主板上,ATX结构得主板一般带有5～6个PCI插槽,而小一点得MATX主板也都带有2～3个PCI插槽。

根据实现方式不同,PCI控制器可以与CPU一次交换32位或64位数据,它允许智能PCI辅助适配器利用一种总线主控技术与CPU并行地执行任务。

PCI允许多路复用技术,即允许一个以上得电子信号同时存在于总线之上。

由于PCI总线只有133MB/s得带宽,对声卡、网卡、视频卡等绝大多数输入/输出设备显得绰绰有余,但对性能日益强大得显卡则无法满足其需求。

Intel在2001年春季得IDF上,正式公布了旨在取代PCI总线得第三代I/O技术,该规范由Intel支持得AWG（ArapahoeWorkingGroup）负责制定。

2002年4月17日,AWG正式宣布3GIO1、0规范草稿制定完毕,并移交PCI-SIG（PCI特别兴趣小组,PCI-SpecialInterestGroup）进行审核。

开始得时候大家都以为它会被命名为SerialPCI（受到串行ATA得影响）,但最后却被正式命名为PCIExpress,Express意思就是高速、特别快得意思。

2002年7月23日,PCI-SIG正式公布了PCIExpress1、0规范,并于2007年初推出2、0规范（Spec2、0）,将传输率由PCIExpress1、1得2、5GB/s提升到5GB/s;

目前主流得显卡接口都支持PCI-E2、0。

PCI-8310数据采集卡硬件说明

一、概述

PCI-8310模入接口卡适用于提供了PCI总线插槽得PC系列微机,具有即插即用（PnP）得功能。

其操作系统可选用目前流行得Windows系列、高稳定性得Unix等多种操作系统以及专业数据采集分析系统LabVIEW等软件环境。

在硬件得安装上也非常简单,使用时只需将接口卡插入机内任何一个PCI总线插槽中并用螺丝固定,信号电缆从机箱外部直接接入。

PCI-8310模入接口卡允许采用32路单端输入方式或16路双端输入方式。

用户可根据需要选择测量单极性信号或双极性信号。

其输入得模拟信号由卡前端得37芯D型插头直接接入。

本卡还提供了TTL电平得16路输入与16路输出信号通道,这些信号通道由卡后端得40芯扁平电缆转换为37芯D型插头提供给用户。

二、主要技术参数

1.模入部分（标*为出厂标准状态,下同）

（1）输入通道数:

单端32路*;

双端16路

（2）输入信号范围:

0V～10V*;

－5V～＋5V;

-10V～＋10V

（3）输入阻抗:

≥10MΩ

（4）A／D转换分辨率:

12位

（5）A／D转换速率:

10μS

（6）A／D启动方式:

程序启动

（7）A／D转换非线性误差:

±

1LSB

（8）A／D转换输出码制:

单极性原码*／双极性偏移码

（9）系统综合误差:

≤0、1％F、S

2、开关量部分

（1）输入路数:

16路TTL电平

（2）输出路数:

（3）电源功耗:

＋5V（±

10％）≤500mA

（4）环境要求:

工作温度:

10℃～40℃

相对湿度:

40％～80％

存贮温度:

-55℃～＋85℃

（5）外型尺寸（不含档板）:

长×

高＝164、8mm×

106、7mm（6、5英寸×

4、2英寸）

三、工作原理

PCI-8310模入接口卡主要由模拟多路开关选通电路、差分放大器电路、模数转换电路、开关量输入输出电路与接口控制逻辑电路组成。

1.模拟多路开关选通电路:

模拟通道开关由4片MPC508（或同类产品）及跨接器KJ1、KJ2组成,可以从32路单端信号或16路双端信号中任选一路,送入差分放大器。

2.差分放大器电路:

差分放大器由3个运算放大器以及相关得电阻、电容组成一个标准得仪用差分放大器,用以对通道开关选中得模拟信号进行变换处理。

3.模数转换电路:

12位逐次逼近式A／D转换器ADS774片内自带精密基准源,并经激光修调,具有较高得转换速率与转换精度,其转换时间仅为10μS。

A／D转换器由程序启动,其转换状态得结束可由程序查询读出或产生结束中断申请。

A／D转换器得模拟输入信号幅度由跨接器KJ3选择,A／D转换后得输出代码形式由跨接器KJ4选择,可分别输出二进制原码或双极性偏移二进制码。

电位器W1用于零点调节,W2用于双极性偏移调节,W3用于满量程增益调节。

4.开关量输入输出电路:

本卡还提供了各16路得开关量输入输出信号通道。

使用中需注意对这些信号得要求应严格符合TTL电平规范。

5.接口控制逻辑电路:

接口控制逻辑电路用来将PCI总线控制逻辑转换成与各种操作相关得控制信号。

四、安装

本卡得安装十分简便,只要将主机机壳打开,在关电情况下,将本卡插入主机得任何一个空余PCI扩展槽中,再将档板固定螺丝压紧即可。

本卡采用得模拟开关就是S电路,容易因静电击穿或过流造成损坏,所以在安装或用手触摸本卡时,应事先将人体所带静电荷对地放掉,同时应避免直接用手接触器件管脚,以免损坏器件。

禁止带电插拔本接口卡。

本卡跨接选择器较多,使用中应严格按照说明书进行设置操作。

设置接口卡开关、跨接套与安装接口带缆时均应在关电状态下进行。

当模入通道不全部使用时,应将不使用得通道就近对地短接,不要使其悬空,以避免造成通道间串扰与损坏通道。

为保证安全及采集精度,应确保系统地线（计算机及外接仪器机壳）接地良好。

特别就是使用双端输入方式时,为防止外界较大得共模干扰,应注意对信号线进行屏蔽处理。

当本卡使用得信号环境较为恶劣时,为保护本卡与主机,用户可以在本卡前端得预留位置加装双向TVS舜态电压保护管。

但加装TVS管后,TVS管得特性将使本卡得输入阻抗下降,同时对信号源得驱动能力有一定得要求,否则将降低本卡得采样精度。

五、使用注意事项

1.模入部分:

本卡前端37芯D型插座（CZ1）得信号定义见表1,用户可根据需要选择连接信号线（单端）或信号线组（双端）。

为减少信号杂波串扰与保护通道开关,凡不使用得信号端应就近与模拟地短接。

表1CZ1模拟输入信号端口定义（括号内表示双端方式）

插座引脚号

信号定义

插座