岩土基桩声波仪数据高速采集技术研究

论文摘要

现有超声波采集仪主要采用串口或专用接口进行数据通信。串口通信虽然应用广泛,研发简单,但因传输速率慢,已无法满足高速数据采集的要求;专用通信接口虽然传输速率比较快,但硬件较复杂,通用性差,灵活性低,价格昂贵。本文在深入分析常用数字超声检测仪的结构特点的基础上,设计并实现了一种基于USB2.0高速数据采集技术的超声波检测仪。该系统具有安装和配置简单、成本低廉、连接容易、支持热插拔、占用主机资源少,且采集速度高,易于功能扩展与性能提升等诸多优点。为消除由于数据经低速8051核而导致系统采集速度慢的瓶颈,本系统将GPIF(通用可编程接口)自动数据传输技术应用于超声波检测仪系统,使数据跳过低速的8051核,直接经由USB核、GPIF Master以及DPRAM(双端RAM)这条高速路经进行数据传输,大幅度提高了系统采集速度,而且不占用CPU资源。为解决存储器读取速率的瓶颈,本系统选用DPRAM作为采集模块电路的存储器,同时提出分时分段多体缓冲存储技术的思想,实现了数据向DPRAM中存入与PC机读取双端RAM中的数据这两个操作同时并行,使系统采集速度得到进一步提升。最后将该基于USB2.0高速数据采集技术的超声波检测仪与现有的基于串口通信的和基于专用通信接口的超声波检测仪进行比较,采集速率提升了5倍以上,验证了该设计方案的可行性和正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 超声波信号采集系统的发展现状
• 1.3 本文研究内容与组织结构
• 2 基于USB 的超声波检测仪系统设计方案
• 2.1 基于串口通信的超声波检测仪简介
• 2.2 基于专用通信接口的超声波检测仪简介
• 2.3 基于USB 接口的超声波检测仪方案设计
• 2.4 本章小结
• 3 USB 数据采集模块总体设计与实现
• 3.1 USB 数据采集模块总体设计
• 3.2 信号调理电路模块设计
• 3.3 A/D 转换模块电路设计
• 3.4 存储器电路设计
• 3.4.1 存储器芯片选型
• 3.4.2 双端RAM 存取原理
• 3.4.3 存储器芯片硬件电路设计
• 3.5 USB 接口电路设计
• 3.5.1 USB 接口芯片选型
• 3.5.2 USB 接口芯片特点介绍
• 3.5.3 USB 接口芯片硬件电路设计
• 3.6 固件设计与实现
• Ep1out（）函数流程图与实现'>3.6.1 ISR_Ep1out（）函数流程图与实现
• 3.6.2 TD Poll（）函数流程图与实现
• 3.7 CPLD 采集控制电路设计
• 3.8 本章小结
• 4 GPIF 自动数据传输技术研究
• 4.1 GPIF 简介
• 4.2 GPIF 在数据采集系统中的优势分析
• 4.3 GPIF 自动数据传输设计与实现
• 4.3.1 GPIF 硬件电路设计与实现
• 4.3.2 GPIF FIFORd 波形设计与实现
• 4.3.3 GPIF 固件设计与实现
• 4.4 改进效果对比分析
• 4.5 本章小结
• 5 分时分段多体缓冲存储技术研究
• 5.1 双端RAM 存取方式的选取
• 5.1.1 双端RAM 存取方式介绍
• 5.1.2 双端RAM 存取方式选取
• 5.2 分时分段多体缓冲存储技术思想与实现
• 5.3 分时分段多体缓冲存储技术在数据采集系统中的优势分析
• 5.4 改进效果及对比分析
• 5.5 本章小结
• 6 系统采集速率测试与结果分析
• 7 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间参与的科研项目
• 附录2 与论文有关的项目结题证明
• 附录3 攻读硕士学位期间所获得的专利