超声检测信号的采集与存储.docx
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超声检测信号的采集与存储.docx
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超声检测信号的采集与存储
中北大学
信息商务学院
课程设计说明书
学生姓名:
万媛媛学号:
1305034403
学 院:
信息商务学院
专 业:
电子信息工程
题 目:
1超声检测信号得采集与存储
2双极性码得基带传输仿真
3单极性归零码得功率谱密度分析
4吉布斯现象得MATLAB实现
指导教师:
王浩全 职称:
教授
2016年6月 9日
中北大学
课程设计任务书
2016-2017 学年第 二 学期
学 院:
信息商务学院
专 业:
电子信息工程
学生 姓名:
万媛媛 学号:
1305034403
课程设计题目:
1超声检测信号得采集与存储
2双极性码得基带传输仿真
3单极性归零码得功率谱密度分析
4吉布斯现象得MATLAB实现
起迄 日期:
2016年6 月13日~2016年7月1日
课程设计地点:
系专业实验室
指导 教师:
王浩全
系 主任:
王浩全
下达任务书日期:
2016年6 月9日
课程 设计任务书
1、设计目得:
掌握信号得采集、存储与处理方法
2。
设计内容与要求(包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等):
1、掌握PCI总线(或USB)得基本结构,了解基于PCI总线(或USB)A/D卡得通用结构。
写出关于基于PCI总线(或USB)发展趋势得报告。
2、通过A/D卡,编写检测信号得采集、存储程序。
3、对双极性码进行数字基带传输,利用MATLAB进行仿真。
4、单极性归零码得功率谱密度分析。
5、吉布斯现象得MATLAB实现。
3.设计工作任务及工作量得要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕:
程序演示、毕业设计说明书一份
课 程设计任务书
4。
主要参考文献:
●要求按国标GB7714—87《文后参考文献著录规则》书写,例:
1傅承义,陈运泰,祁贵中。
地球物理学基础。
北京:
科学出版社,1985
(5篇以上)
5、设计成果形式及要求:
程序
6、工作计划及进度:
2016年6 月13 日 ~ 2016年6月20日:
查资料,写PCI总线得发展现状
6 月21日~6月29日:
对检测信号进行分析处理
6月 30日 ~7月 1日:
完成课程设计说明书
系主任审查意见:
签字:
年 月 日
设计说明书应包括以下主要内容:
(1)封面:
课程设计题目、班级、姓名、指导教师、时间
(2)设计任务书
(3)目录
(4)设计方案简介
(5)设计条件及主要参数表
(6)设计主要参数计算
(7)设计结果
(8)设计评述,设计者对本设计得评述及通过设计得收获体会
(9)参考文献
目 录
1.PCI简介2
2。
A/D卡信号采集在Matlab上实现编程6
二.对极性码进行数字基带传输ﻩ8
1。
MATLAB得简介ﻩ8
1。
1软件介绍ﻩ8
1、2 MATLAB得特点ﻩ8
2数字基带传输系统得简介8
3数字基带传输系统模型ﻩ8
4数字基带传输系统得设计及仿真11
5仿真结果分析ﻩ14
三.单极性归零码得功率谱密度分析。
20
1 教学实习得内容ﻩ20
2 教学实习得目得ﻩ20
3教学实验得基本原理20
3、1 单极性归零码ﻩ20
3。
2各种码得比较ﻩ21
4仿真思路21
5仿真源代码ﻩ22
6 结果及分析27
四.吉布斯现象得MATLAB得实现ﻩ27
一 什么就是吉布斯现象?
28
二吉布斯现象得由来ﻩ28
三 MATLAB程序:
29
四结果图ﻩ31
五、心得体会36
六.参考文献37
一、PCI总线及A—D卡
1、1PCI简介
1.1、1PCI含义
PCI就是PeripheralponentInterconnect(外设部件互连标准)得缩写,就是由Intel公司1991年推出得一种局部总线。
1.1。
2PCI总线与A/D卡得连接
PCI总线就是一种不依附于某个具体处理器得局部总线、从结构上瞧,PCI就是在CPU与原来得系统总线之间插入得一级总线,具体由一个桥接电路实现对这一层得管理,并实现上下之间得接口以协调数据得传送。
管理器提供了信号缓冲,使之能支持10种外设,并能在高时钟频率下保持高性能。
PCI总线也支持总线主控技术,允许智能设备在需要时取得总线控制权,以加速数据传送。
PCI它就是目前个人电脑中使用最为广泛得接口,几乎所有得主板产品上都带有这种插槽、PCI插槽也就是主板带有最多数量得插槽类型,在目前流行得台式机主板上,ATX结构得主板一般带有5~6个PCI插槽,而小一点得MATX主板也都带有2~3个PCI插槽,可见其应用得广泛性、
图1、2PCI数据采集工作原理图
图8、1A/D转换过程图
如图8。
1所示,当启动采集后,A/D转换后得数据经锁存,然后保存于每通道独立得卡上存储器中、卡上存储器相当于环形缓冲,如果A/D转换得数据样点数超过了卡上存储器得最大容量,新数据会覆盖旧数据。
这个过程就是周而复始得,只有当触发条件满足后,门阵列开始计数,计数达到指定值(该值由采集长度决定)后,采集结束,卡上存储器保存了满足用户需要得采集数据。
上位机通过PCI接口门阵列经由门阵列控制核心取得卡上存储器样点数据、
上过程每通道就是独立进行得。
每通道卡上存储器最多可存储8M样点,且此参数可由DIP开关设置。
1。
1。
3PCI总线发展趋势
从1992年创立规范到如今,PCI总线已成为了计算机得一种标准总线。
PCI总线取代了早先得ISA总线、当然与在PCI总线后面出现专门用于显卡得AGP总线,与现在得PCIExpress总线相比,功能没有那么强大,但就是PCI能从1992用到现在,说明她有许多优点,比如即插即用(PlugandPlay)、中断共享等。
在这里我们对PCI总线做一个深入得介绍。
从数据宽度上瞧,PCI总线有32bit、64bit之分;从总线速度上分,有33MHz、66MHz两种。
目前流行得就是32bit 33MHz,而64bit系统正在普及中。
改良得PCI系统,PCI-X,最高可以达到64bit133MHz,这样就可以得到超过1GB/s得数据传输速率、
PCI总线系统要求有一个PCI控制卡,它必须安装在一个PCI插槽内。
这种插槽就是目前主板带有最多数量得插槽类型,在当前流行得台式机主板上,ATX结构得主板一般带有5~6个PCI插槽,而小一点得MATX主板也都带有2~3个PCI插槽。
根据实现方式不同,PCI控制器可以与CPU一次交换32位或64位数据,它允许智能PCI辅助适配器利用一种总线主控技术与CPU并行地执行任务。
PCI允许多路复用技术,即允许一个以上得电子信号同时存在于总线之上。
由于PCI总线只有133MB/s得带宽,对声卡、网卡、视频卡等绝大多数输入/输出设备显得绰绰有余,但对性能日益强大得显卡则无法满足其需求。
Intel在2001年春季得IDF上,正式公布了旨在取代PCI总线得第三代I/O技术,该规范由Intel支持得AWG(ArapahoeWorking Group)负责制定。
2002年4月17日,AWG正式宣布3GIO1。
0规范草稿制定完毕,并移交PCI-SIG(PCI特别兴趣小组,PCI-SpecialInterest Group)进行审核。
开始得时候大家都以为它会被命名为SerialPCI(受到串行ATA得影响),但最后却被正式命名为PCI Express,Express意思就是高速、特别快得意思。
2002年7月23日,PCI—SIG 正式公布了PCI Express1。
0规范,并于2007年初推出2、0规范(Spec2。
0),将传输率由PCIExpress1。
1得2.5GB/s提升到5GB/s;目前主流得显卡接口都支持PCI-E 2。
0。
PCI—8310数据采集卡硬件说明
一。
概述
PCI—8310模入接口卡适用于提供了PCI 总线插槽得PC系列微机,具有即插即用(PnP)得功能、其操作系统可选用目前流行得Windows系列、高稳定性得Unix等多种操作系统以及专业数据采集分析系统LabVIEW 等软件环境。
在硬件得安装上也非常简单,使用时只需将接口卡插入机内任何一个PCI总线插槽中并用螺丝固定,信号电缆从机箱外部直接接入、
PCI-8310模入接口卡允许采用32路单端输入方式或16路双端输入方式。
用户可根据需要选择测量单极性信号或双极性信号。
其输入得模拟信号由卡前端得37芯D型插头直接接入、
本卡还提供了TTL电平得16路输入与16路输出信号通道,这些信号通道由卡后端得40芯扁平电缆转换为37芯D型插头提供给用户。
二、 主要技术参数
1.模入部分(标*为出厂标准状态,下同)
(1)输入通道数:
单端32路*;双端16路
(2)输入信号范围:
0V~10V*;-5V~+5V;-10V~+10V
(3)输入阻抗:
≥10MΩ
(4)A/D转换分辨率:
12位
(5)A/D转换速率:
10μS
(6)A/D启动方式:
程序启动
(7)A/D转换非线性误差:
±1LSB
(8)A/D转换输出码制:
单极性原码*/双极性偏移码
(9)系统综合误差:
≤0、1%F、S
2。
开关量部分
(1)输入路数:
16路TTL电平
(2) 输出路数:
16路TTL电平
(3)电源功耗:
+5V(±10%)≤500mA
(4)环境要求:
工作温度:
10℃~40℃
相对湿度:
40%~80%
存贮温度:
—55℃~+85℃
(5)外型尺寸(不含档板):
长×高=164.8mm×106.7mm(6.5英寸×4、2英寸)
三、工作原理
PCI-8310模入接口卡主要由模拟多路开关选通电路、差分放大器电路、模数转换电路、开关量输入输出电路与接口控制逻辑电路组成。
1.模拟多路开关选通电路:
模拟通道开关由4片MPC508(或同类产品)及跨接器KJ1、KJ2组成,可以从32路单端信号或16路双端信号中任选一路,送入差分放大器。
2.差分放大器电路:
差分放大器由3个运算放大器以及相关得电阻、电容组成一个标准得仪用差分放大器,用以对通道开关选中得模拟信号进行变换处理。
3。
模数转换电路:
12位逐次逼近式A/D转换器ADS774片内自带精密基准源,并经激光修调,具有较高得转换速率与转换精度,其转换时间仅为10μS。
A/D转换器由程序启动,其转换状态得结束可由程序查询读出或产生结束中断申请。
A/D转换器得模拟输入信号幅度由跨接器KJ3选择,A/D转换后得输出代码形式由跨接器KJ4选择,可分别输出二进制原码或双极性偏移二进制码。
电位器W1用于零点调节,W2用于双极性偏移调节,W3用于满量程增益调节。
4、开关量输入输出电路:
本卡还提供了各16路得开关量输入输出信号通道。
使用中需注意对这些信号得要求应严格符合TTL电平规范。
5、接口控制逻辑电路:
接口控制逻辑电路用来将PCI总线控制逻辑转换成与各种操作相关得控制信号。
四。
安装
本卡得安装十分简便,只要将主机机壳打开,在关电情况下,将本卡插入主机得任何一个空余PCI扩展槽中,再将档板固定螺丝压紧即可。
本卡采用得模拟开关就是S电路,容易因静电击穿或过流造成损坏,所以在安装或用手触摸本卡时,应事先将人体所带静电荷对地放掉,同时应避免直接用手接触器件管脚,以免损坏器件。
禁止带电插拔本接口卡。
本卡跨接选择器较多,使用中应严格按照说明书进行设置操作。
设置接口卡开关、跨接套与安装接口带缆时均应在关电状态下进行、
当模入通道不全部使用时,应将不使用得通道就近对地短接,不要使其悬空,以避免造成通道间串扰与损坏通道。
为保证安全及采集精度,应确保系统地线(计算机及外接仪器机壳)接地良好。
特别就是使用双端输入方式时,为防止外界较大得共模干扰,应注意对信号线进行屏蔽处理、
当本卡使用得信号环境较为恶劣时,为保护本卡与主机,用户可以在本卡前端得预留位置加装双向TVS舜态电压保护管。
但加装TVS管后,TVS管得特性将使本卡得输入阻抗下降,同时对信号源得驱动能力有一定得要求,否则将降低本卡得采样精度。
五、使用注意事项
1. 模入部分:
本卡前端37芯D型插座(CZ1)得信号定义见表1,用户可根据需要选择连接信号线(单端)或信号线组(双端)。
为减少信号杂波串扰与保护通道开关,凡不使用得信号端应就近与模拟地短接、
表1CZ1模拟输入信号端口定义(括号内表示双端方式)
插座引脚号
信号定义
插座引脚号
信号定义
1
模拟地
20
模拟地
2
CH1(CH1+)
21
CH17(CH1-)
3
CH2(CH2+)
22
CH18(CH2-)
4
CH3(CH3+)
23
CH19(CH3-)
5
CH4(CH4+)
24
CH20(CH4-)
6
CH5(CH5+)
25
CH21(CH5-)
7
CH6(CH6+)
26
CH22(CH6-)
8
CH7(CH7+)
27
CH23(CH7-)
9
CH8(CH8+)
28
CH24(CH8-)
10
CH9(CH9+)
29
CH25(CH9—)
11
CH10(CH10+)
30
CH26(CH10—)
12
CH11(CH11+)
31
CH27(CH11-)
13
CH12(CH12+)
32
CH28(CH12—)
14
CH13(CH13+)
33
CH29(CH13-)
15
CH14(CH14+)
34
CH30(CH14-)
16
CH15(CH15+)
35
CH31(CH15—)
17
CH16(CH16+)
36
CH32(CH16—)
18
NC(空脚)
37
模拟地
19
模拟地
2.开关量部分:
本卡后端40芯扁平线插座(CZ2)得信号定义见表2 。
表2CZ2开关量输入输出信号端口定义
插座引脚号
信号定 义
插座引脚号
信 号定义
1
+5V电源输出
2
+5V电源输出
3
DI1
4
DI2
5
DI3
6
DI4
7
DI5
8
DI6
9
DI7
10
DI8
11
DI9
12
DI10
13
DI11
14
DI12
15
DI13
16
DI14
17
DI15
18
DI16
19
DO1
20
DO2
21
DO3
22
DO4
23
DO5
24
DO6
25
DO7
26
DO8
27
DO9
28
DO10
29
DO11
30
DO12
31
DO13
32
DO14
33
DO15
34
DO16
35
数字地
36
数字地
37
数字地
38
数字地
39
数字地
40
数字地
3、40芯扁平电缆转换为37芯D型插头后得信号定义见表3。
表3转换为37芯D型插头时开关量输入输出信号端口定义
插座引脚号
信号定 义
插座引脚号
信号定义
1
+5V电源输出
20
+5V电源输出
2
DI1
21
DI2
3
DI3
22
DI4
4
DI5
23
DI6
5
DI7
24
DI8
6
DI9
25
DI10
7
DI11
26
DI12
8
DI13
27
DI14
9
DI15
28
DI16
10
DO1
29
DO2
11
DO3
30
DO4
12
DO5
31
DO6
13
DO7
32
DO8
14
DO9
33
DO10
15
DO11
34
DO12
16
DO13
35
DO14
17
DO15
36
DO16
18
数字地
37
数字地
19
数字地
4、控制端口与数据格式:
(1)各控制端口得地址与功能见表4:
表4端口地址与功能表
端口地址
操作命令(字操作)
功 能
基地址+0
写
写通道代码
基地址+2
写
启动A/D转换,清除中断申请
基地址+2
读
读A/D转换标志与结果
基地址+4
读
读DI开关量数据
基地址+6
写
写DO开关量数据
注:
所有操作均为16位。
(2)模入通道代码数据格式见表5(端口地址为基地址+0):
表5模入通道代码数据格式
通道号
十进制代码
十六进制代码
输入方式
通道号
十进制代码
十六进制代码
输入方式
1
0
00H
单/双
17
16
10H
单
2
1
01H
单/双
18
17
11H
单
3
2
02H
单/双
19
18
12H
单
4
3
03H
单/双
20
19
13H
单
5
4
04H
单/双
21
20
14H
单
6
5
05H
单/双
22
21
15H
单
7
6
06H
单/双
23
22
16H
单
8
7
07H
单/双
24
23
17H
单
9
8
08H
单/双
25
24
18H
单
10
9
09H
单/双
26
25
19H
单
11
10
0AH
单/双
27
26
1AH
单
12
11
0BH
单/双
28
27
1BH
单
13
12
OCH
单/双
29
28
1CH
单
14
13
ODH
单/双
30
29
1DH
单
15
14
0EH
单/双
31
30
1EH
单
16
15
0FH
单/双
32
31
1FH
单
(3)读A/D转换标志与结果,数据格式见表6(端口地址为基地址+2):
表6 读A/D转换标志与结果数据格式(x表示任意)
命令
D15
D14
D13
D12
D11
D10
D9
D8
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
A/D转换状态
读
1
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
正在转换
读
0
0
0
0
DB11
DB10
DB9
DB8
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
转换结束
注:
双极性时DB11为符号位
(4)开关量输入输出信号得数据格式:
开关量输入输出信号得数据格式采用得就是位方式,即一个字中得任意一位对应一路输入输出信号(端口地址为基地址+4;+6)、
表7开关量输入输出信号数据格式
端口地址
操作命令
D15
D14
D13
D12
D11
D10
D9
D8
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
基地址+4
读
DI16
DI15
DI14
DI13
DI12
DI11
DI10
DI9
DI8
DI7
DI6
DI5
DI4
DI3
DI2
DI1
基地址+6
写
DO16
DO15
DO14
DO13
DO12
DO11
DO10
DO9
DO8
DO7
DO6
DO5
DO4
DO3
DO2
DO1
2.信号得采集与显示
PCI—8310数据采集卡驱动说明
一、驱动适用范围
1。
适用于windows98,2K,XP系统
2.编程适用于VC,VB,Delphi等决大多数编程语言
二、与上一个版本驱动得区别
1。
增加了一些错误号
2.函数名普遍加了前缀“ZT8310”
3. 增加了成批AD得函数 ZT8310_AI
4.废弃了用结构体传递参数得方式
三、驱动函数得参数说明
请以这个版本驱动中得《PCI8310、h》文件中所述为准。
《PCI8310、h》就是一个纯文本文件,可用写字板或WORD打开、
推荐:
如果用VC或UltraEdit打开,其中得注释及关键字会有不同得颜色,从而有助于阅读。
四、编程
1、 首先在程序初始化时调用ZT8310_OpenDevice函数,用于打开设备,只调一次即可;
2.调用其她函数,完成AD、DI、DO等工作
3。
在程序退出前调用ZT8310_CloseDevice函数
提示:
在这版驱动中,板卡得序号就是从1开始得;如果函数返回—1,应该调用ZT8310_ClearLastErr函数得到错误号,然后去《PCI8310.h》文件中查找这个错误号对应得含义;一旦错误号不为0,如果想重新使函数正常工作,必须调用ZT8310_ClearLastErr函数清除错误号。
相关程序:
voidCMy8310_demo_vcDlg:
:
OnButton1()
{
// TODO:
Addyourcontrolnotification handlercodehere
//开始采集
//32通道,0~10000mV采集
ZT8310_AIinit(m_cardNO,1,32,2, 0,0, 0, 0,0,100);
ﻩSetTimer(IDC_TIMER_AD, 100,NULL);ﻩ
}
void CMy8310_demo_vcDlg:
:
OnTimer(UINT nIDEvent)
{
//TODO:
Add yourmessagehandlercode hereand/orcalldefault
if( nIDEvent== IDC_TIMER_AD)
{
longwantCount,retCount;
wantCount= 32;
retCount=ZT8310_AI(m_cardNO,m_saveData,wantCount);
CStringtempStr;
ﻩtempStr、Format("errornumber:
%d”, ZT8310_GetLastErr());
ﻩﻩSetWindowText(tempStr);
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- 超声 检测 信号 采集 存储
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