血细胞分析仪通用信号采集存储系统设计

论文摘要

数据采集技术是信息技术的重要组成之一,是计算机获取信息的主要手段,在工业生产和科学研究等许多领域具有广泛的应用。本文以实际工程应用为背景,在分析了血细胞分析仪的基本原理以及应用需求的基础上,并基于系统对数据采集高速、大容量、同步等特点的要求,提出采用Nios II +μC/OS II + DDR2 + Ethernet的数据采集系统设计方案。该方案中Nios II为软核处理器,运行嵌入式实时操作系统μC/OS II,DDR2为高速数据存储设备,Ethernet为系统与计算机的连接方式——百兆以太网。硬件设计上,着重探讨了DDR2高速电路的设计与信号完整性仿真、基于FPGA的以太网模块设计、系统电源模块设计等,并对各模块设计的关键部分进行了详细介绍。然后通过实验初步调试来验证系统硬件设计的正确性。逻辑设计上,深入研究了当前各种IP核（知识产权核）,并根据需求设计自定义外设控制器IP核,同时利用IP核技术设计数据采集模块逻辑电路,解决了系统设计中用传统方案难于解决的高速数据同步采集难题。然后基于已有IP核和自定义IP核构建SOPC系统。嵌入式系统设计上,研究了基于μC/OS II的驱动程序设计和软件开发,通过消息邮箱通信机制和中断处理实现了嵌入式多任务应用程序的设计,最终建立了数据采集系统的RTOS。最后,设计数据采集系统的远程控制软件平台和数据分析处理软件平台。通过实验测试和工程应用验证了该数据采集存储系统方案设计的正确性以及工程应用的可行性,为数据采集领域尤其是高速数据采集提供一种高效的解决方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题研究的目的及意义
• 1.3 国内外相关技术发展现状
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 基于SOPC的系统整体结构设计
• 2.1 引言
• 2.2 血细胞分析仪原理分析
• 2.3 基于SOPC的现代电子设计
• 2.3.1 SOC技术与IP核
• 2.3.2 SOPC技术
• 2.3.3 Ava1on 总线
• 2.3.4 Nios II与SOPC
• 2.4 系统结构设计
• 2.4.1 核心控制单元
• 2.4.2 数据采集单元
• 2.4.3 存储单元
• 2.4.4 计算机接口
• 2.4.5 系统结构框架
• 2.5 本章小结
• 第3章 板级硬件设计与实现
• 3.1 引言
• 3.2 硬件电路设计
• 3.2.1 电源电路设计
• 3.2.2 DDR2 电路设计
• 3.2.3 FPGA接口端电路设计
• 3.2.4 以太网接口电路设计
• 3.2.5 其它器件电路设计
• 3.3 原理图与PCB设计
• 3.4 测试与调试
• 3.5 本章小结
• 第4章 SOPC逻辑设计
• 4.1 引言
• 4.2 SSRAM控制器IP核逻辑设计
• 4.2.1 需求分析
• 4.2.2 接口信号定义
• 4.2.3 读写时序要求
• 4.2.4 逻辑实现
• 4.3 数据采集单元逻辑设计
• 4.3.1 整体方案设计
• 4.3.2 数据缓存模块设计
• 4.3.3 DMA-FIFO控制器IP核逻辑设计
• 4.4 SOPC综合设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 μC/OS-II嵌入式系统设计
• 5.1 引言
• 5.2 μC/OS-II在Nios II上的移植
• 5.2.1 μC/OS-II简介
• 5.2.2 μC/OS-II的移植条件
• 5.2.3 μC/OS-II的移植工作内容
• 5.3 μC/OS-II总体结构设计
• 5.3.1 系统任务结构
• 5.3.2 系统主程序设计
• 5.4 μC/OS-II嵌入式应用程序设计
• 5.4.1 以太网接口程序设计
• 5.4.2 数据采集程序设计
• 5.4.3 数据传输程序设计
• 5.4.4 状态监测程序设计
• 5.5 本章小结
• 第6章 软件平台设计
• 6.1 引言
• 6.2 远程控制软件平台设计
• 6.2.1 需求分析
• 6.2.2 软件设计与实现
• 6.3 数据分析处理软件平台设计
• 6.3.1 需求分析
• 6.3.2 脉冲特征参数提取
• 6.3.3 软件设计与实现
• 6.4 实验验证与工程应用
• 6.4.1 实验测试与验证
• 6.4.2 工程应用
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录电路图
• 致谢