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基于DSP技术的超声波检测系统的研究

2020-11-30阅读(533)

基于DSP技术的超声波检测系统的研究

论文摘要

随着超声波检测理论的成熟和现代集成电路的发展,超声波检测技术以其快速、准确、无污染、低成本等特点成为国内外应用最广泛、使用频率最高以及发展迅速的一种无损检测技术。本文在认真调研和深入分析的基础上,对现有的超声波检测系统所存在的问题提出了一种全新的解决方案,将以DSP为核心的数字信号处理技术应用到超声波检测仪中,它相比较旧式模拟声波检测仪有很多优点:检测的结果可以转存到其他的存储设备中(本系统用SD卡来存储)并且可以通过USB口转存到计算机中,便于日后进一步分析;可以在检测的过程中对采集到的数据实时进行各种处理算法,实现更强大的处理功能,使检测的结果更加准确;用TFT液晶屏显示代替传统的示波管显示,操作界面更加友好,显示内容更加丰富,与键盘/光电旋钮接口电路配合,组成一个强大的人机交互系统。本文首先对超声检测理论与技术进行了仔细研究,并在此基础上提出了基于DSP的超声波检测系统的总体设计方案,为硬件和软件的设计奠定了基础。其次详细叙述了基于DSP的超声波检测系统的总体硬件设计,系统由模拟电路和数字电路组成,模拟电路完成超声波的发射接收及接收信号的放大、滤波,数字电路完成信号的采集处理和波形显示等功能。接着在硬件设计的基础上,基于模块化程序设计的思想,开发了系统的软件模块,主要包括DSP系统程序设计、各种波形处理算法、显示算法、SD卡文件系统实现、USB编程及FLASH的烧写实现等。最后对系统设计进行总结,总结了当前工作的完成情况,并指出了本文研究中存在的一些不足和进一步研究需要把握的方向。本文涉及到的关键技术:主要采用C语言进行编程,涉及到了高速DSP、FPGA处理器、高速AD采集、USB串口通信和SD卡文件系统等多个技术。整个系统以稳定、适用、可靠为最终设计目标,在保证实现基本功能的基础上,尽量优化硬件和软件设计。硬件设计采用模块化的方法,尽量采用最新集成电路芯片,简化了电路且增加了可靠性,软件采用模块化来设计和编码,有利于日后的维护和升级。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1 绪论
  • 1.1 超声波检测技术的历史和发展现状
  • 1.2 超声波检测技术的优势
  • 1.3 本课题研究的意义和主要内容
  • 2 超声波检测技术物理基础及原理
  • 2.1 超声波检测技术物理基础
  • 2.2 超声波传感器
  • 2.3 超声波检测的基本方法
  • 2.4 基于DSP 的超声波检测系统原理及总体设计
  • 3 系统总体硬件实现
  • 3.1 超声波的发射和接收
  • 3.2 数据采集模块设计
  • 3.2.1 高速A/D 转换芯片AD9224 简介
  • 3.2.2 AD9224 接口电路设计
  • 3.3 DSP 芯片的选择及其特点
  • 3.4 DSP 硬件系统设计
  • 3.4.1 电源设计
  • 3.4.2 复位设计
  • 3.4.3 时钟电路
  • 3.4.4 外部存储器接口
  • 3.4.5 仿真接口设计
  • 3.5 USB 接口设计
  • 3.5.1 TMS320VC5509A USB 模块简介
  • 3.5.2 USB 接口电路设计
  • 3.6 SD 卡接口设计
  • 3.6.1 TMS320VC5509A MMC 控制器
  • 3.6.2 SD 卡与DSP 接口
  • 3.7 人机交互接口部分
  • 3.7.1 液晶显示模块
  • 3.7.2 键盘和光电旋钮模块
  • 3.8 可编程逻辑器件方案
  • 3.8.1 可编程逻辑器件的选择
  • 3.8.2 EP1C12Q240 介绍
  • 3.8.3 FPGA 的配置方案
  • 4 系统软件设计
  • 4.1 软件设计的要求及主要功能
  • 4.2 DSP 软件设计
  • 4.2.1 DSP 软件设计基础
  • 4.2.2 DSP 编程语言
  • 4.2.3 调试环境代码编译器CCS（Code Composer Studio）
  • 4.2.4 DSP 系统程序设计
  • 4.3 液晶显示程序设计
  • 4.4 SD 卡文件系统实现
  • 4.4.1 SD 卡底层读写原理
  • 4.4.2 SD 卡文件系统简介
  • 4.4.3 SD 卡文件系统实现
  • 4.5 USB 程序设计
  • 4.5.1 USB 初始化配置
  • 4.5.2 传输方式的实现
  • 4.5.3 USB 设备固件协议栈
  • 4.6 FLASH 的编程
  • 4.6.1 TMS320VC5509A 的SPI 引导模式
  • 4.6.2 数据烧写程序设计
  • 4.6.3 程序的烧写实现
  • 4.7 数据处理模块实现
  • 5 系统总结与改进
  • 5.1 本文完成的主要工作
  • 5.2 存在的不足及改进
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录
  • 附录A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
  • 附录B 作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果目录
  • 附录C 液晶显示算法程序
  • 附录D FLASH 操作程序
  • 附录E FFT 算法程序
  • 附录F 超声波检测系统实物图

    • 相关论文文献

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