基于正交矢量放大的MRS信號(hào)采集模塊設(shè)計(jì)---- 采集模塊軟件實(shí)現(xiàn)

5.3采集模塊軟件實(shí)現(xiàn)

5.3.1單片機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)

單片機(jī)上電復(fù)位后，首先執(zhí)行初始化程序，然后等待上位機(jī)的指令。上位機(jī)開始測(cè)量之前，會(huì)對(duì)采集模塊設(shè)置Lamor頻率、采集時(shí)間、開采時(shí)間等參數(shù)。由于采集模塊的時(shí)序控制全部由CPLD來執(zhí)行，單片機(jī)接收到這些參數(shù)之后，會(huì)對(duì)CPLD進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)上位機(jī)發(fā)送開始采集指令后，單片機(jī)會(huì)給CPLD一個(gè)內(nèi)同步信號(hào)ISY.而CPLD在內(nèi)同步信號(hào)ISY和主控板傳來的外同步信號(hào)OSY全部到達(dá)后，啟動(dòng)采集時(shí)序。開采時(shí)間一到，CPLD會(huì)按1/4倍Lamor頻率的采樣率給單片機(jī)采集中斷信號(hào)SY.單片機(jī)響應(yīng)中斷后，調(diào)用采集子程序，控制AD7656采集信號(hào)，并將采集到的數(shù)據(jù)分類（噪聲X分量、噪聲Y分量、信號(hào)X分量、信號(hào)Y分量）存儲(chǔ)在FRAM中。采集時(shí)間過后，一次發(fā)射采集完成，單片機(jī)復(fù)位內(nèi)同步信號(hào)ISY，然后將FRAM中的數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)。軟件流程圖如圖5.1所示。

5.3.2 CPLD軟件實(shí)現(xiàn)

CPLD的編程是通過Quartus II軟件來實(shí)現(xiàn)的。Quartus II軟件是Altera的綜合開發(fā)工具，它集成了Altera的FPGA/CPLD開發(fā)流程中涉及的所有工具和第三方軟件接口。通過使用此綜合開發(fā)工具，設(shè)計(jì)者可以創(chuàng)建、組織和管理自己的設(shè)計(jì)。

本設(shè)計(jì)中，采取Quartus II軟件中的原理圖輸入方式來實(shí)現(xiàn)CPLD的編程。其中同步時(shí)序控制部分的設(shè)計(jì)如圖5.2所示。

由單片機(jī)產(chǎn)生的內(nèi)同步信號(hào)ISY和系統(tǒng)主控板傳來的外同步信號(hào)OSY接入CPLD中，經(jīng)過如圖5.2所示的邏輯電路，輸出信號(hào)START，啟動(dòng)采集時(shí)序。CPLD經(jīng)過時(shí)間為開始采集時(shí)間TDELAY的延遲后，開始輸出單片機(jī)采集中斷信號(hào)SY，通知單片機(jī)采集，SY的輸出頻率為1/4倍Lamor頻率。采集時(shí)間T_COLLECT一到，CPLD終止采集，通知單片機(jī)復(fù)位內(nèi)同步信號(hào)ISY.時(shí)序示意圖如圖5.3所示。

T_DELAY、T_COLLECT、f_Lamor等參數(shù)都可以由上位機(jī)通過單片機(jī)來進(jìn)行設(shè)定。參數(shù)設(shè)定原理圖如圖5.4所示。

5.3.3上位機(jī)主控軟件

上位機(jī)主控軟件采用Visual Basic語言開發(fā)J，LMRS系統(tǒng)完全由主控軟件進(jìn)行發(fā)射、接收等操作控制，操作界面如圖5.5所示。主控軟件將采集模塊采集到的同相通道的數(shù)據(jù)I（t）、正交通道的數(shù)據(jù)Q（t）進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算：

得到信號(hào)的包絡(luò)然后成圖顯示，波形顯示界面如圖5.6所示，其中信號(hào)波形用藍(lán)色曲線表示，噪聲波形用黑色曲線表示。

第七章全文總結(jié)

7.1主要工作

本文的主要工作是完成了核磁共振信號(hào)采集模塊的設(shè)計(jì)與研制。具體工作如下：

1、介紹了研究核磁共振找水原理，通過分析核磁共振信號(hào)的特點(diǎn)，提出了基于正交矢量放大方法的核磁共振信號(hào)包絡(luò)采集模塊的設(shè)計(jì)方案。

2、分析了鎖定放大器抑制噪聲的原理，通過理論分析和MATLAB仿真論證了正交矢量型鎖定放大器提取MRS信號(hào)參數(shù)的可行性。

3、用CPLD和D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)了相敏檢測(cè)器的功能，既產(chǎn)生了與MRS信號(hào)同頻的參考信號(hào)，又實(shí)現(xiàn)了對(duì)MRS信號(hào)的相敏檢波。設(shè)計(jì)了鎖相環(huán)倍頻電路，為CPLD輸出參考信號(hào)提供了穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率。

4、利用開關(guān)電容濾波器MAX260設(shè)計(jì)了截止頻率可調(diào)的低通濾波器。

5、利用同步采集芯片AD7656實(shí)現(xiàn)了同相、正交兩路通道信號(hào)的同步采集，并通過單片機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)。

6、對(duì)采集模塊進(jìn)行了大量的室內(nèi)測(cè)試，包括短路噪聲測(cè)試、標(biāo)準(zhǔn)正弦波測(cè)試和模擬MRS信號(hào)測(cè)試，驗(yàn)證了采集模塊的可靠性和穩(wěn)定性。通過誤差分析，得出采集模塊允許的參考信號(hào)與被測(cè)MRS信號(hào)的頻率偏差范圍。隨后采集模塊與JLMRS找水系統(tǒng)結(jié)合進(jìn)行了大量的野外試驗(yàn)，驗(yàn)證了采集模塊的實(shí)用性。

7.2存在的問題以及改進(jìn)建議

1、低通濾波器輸出有微小的直流偏移，對(duì)采集結(jié)果造成了一定的影響。應(yīng)進(jìn)一步改進(jìn)低通濾波器的設(shè)計(jì)，消除直流偏移，提高濾除噪聲的能力。

2、采集芯片可以由串行工作模式轉(zhuǎn)換為并行工作模式，在保證系統(tǒng)運(yùn)行速度的同時(shí)提高采樣率，使采集模塊可以加入全波采集功能。