论文摘要
随着计算机的广泛应用和微电子技术的高速发展,数字系统已被广泛应用于国民经济、国防建设与科学实验的各个领域,并发挥着越来越重要的作用。在水声领域,数据的采集和实时处理是进行水下通信、定位、导航等研究的必不可少的手段。水声信号采集和实时处理系统的硬件实现方法也随着计算机技术和微电子芯片的发展变得越来越灵活。本论文设计实现了一套有一定通用性和可扩展性的水声信号采集与实时处理系统。系统能够完成12路最大采样频率为192kHz水声信号的采集,并且具有实时处理、显示、存储以及数据回放等功能。本系统采用了模块化设计和冗余性设计的设计方案,使得系统稳健可靠,且便于电路板的升级和维护。该系统具有自动增益控制功能,以便于适应不同的环境。整个系统基于DSP和FPGA设计,系统采集部分主要基于FPGA设计,FPGA有非常丰富的I/O资源,连接和控制非常灵活,方便相关软件的随时升级和更改;信号处理部分以DSP为中心,由两块处理板并行构成,每块板有两片主频高达1GHz的TMS320C6416芯片,功能强大,处理速度高。系统设计的显示和存储有两套方案,在实验室及方便使用电脑主机的场合下,可以通过光纤把数据显示和存储在电脑主机上;在外场实验不方便携带电脑主机的场合下,可以通过系统配置的液晶显示面板和磁盘阵列显示和存储。实验表明,该系统具有存储量大,实时处理能力强,功能完善,有效可靠的特点。
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摘要ABSTRACT第1章 绪论1.1 引言1.2 实时数字信号处理的概述1.2.1 DSP的发展及特点1.2.2 实时 DSP系统的基本组成1.2.3 实时 DSP系统的典型应用1.3 数据采集系统概述1.3.1 采集系统的基本构成1.3.2 模数转换器及其发展1.4 论文的主要研究内容第2章 系统总体设计2.1 系统的预期功能2.2 系统总体构架2.3 采用 DSP加 FPGA的系统设计2.4 器件选型2.4.1 模数转换芯片2.4.2 FPGA的选型2.4.3 DSP的选型2.5 系统原理框图与分析2.5.1 数据传输通路2.5.2 系统可靠性及调试考虑2.6 本章小结第3章 系统硬件设计3.1 电源板3.1.1 数字电源3.1.2 模拟电源3.2 模拟信号预处理板3.2.1 运算放大和可变增益控制3.2.2 低通和高通滤波器3.2.3 光耦隔离电路3.3 采集控制板3.3.1 模数转换部分3.3.2 采集板 FPGA部分3.3.3 光纤接口部分3.3.4 模拟回放电路3.4 信号处理板3.4.1 处理板 FPGA介绍3.4.2 处理板 DSP部分3.5 本章小结第4章 系统软件设计及调试4.1 采集板控制板 FPGA程序及调试4.1.1 时钟分频模块4.1.2 模数和数模芯片控制模块4.1.3 滤波器及增益码配置模块4.1.4 数据转换及打包模块4.1.5 采集板光纤收发模块4.2 信号处理板程序及调试4.2.1 信号处理板的数据流4.2.2 TMS320C6416的二次引导4.3 本章小结结论参考文献攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果致谢附录
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