超聲波檢測高速數據采集和傳輸技術(shù)的研究

超聲波檢測技術(shù)作為無(wú)損檢測技術(shù)的重要手段之一，在其發(fā)展過(guò)程中起著(zhù)重要的作用，它提供了評價(jià)固體材料的微觀(guān)組織及相關(guān)力學(xué)性能、檢測其微觀(guān)和宏觀(guān)不連續性的有效通用方法。由于其信號的高頻特性，超聲波檢測早期僅使用模擬量信號的分析，大部分檢測設備僅有A掃描形式，需要通過(guò)有經(jīng)驗的無(wú)損檢測人員對信號進(jìn)行人工分析才能得出正確的結論，對檢測和分析人員的要求較高，因此，人為因素對檢測的結果影響較大，波形也不易記錄和保存，不適宜完成自動(dòng)化檢測。
八十年代后期，由于計算機技術(shù)和高速器件的不斷發(fā)展，使超聲波信號的數字化采集和分析成為可能。目前國內也相繼出現了各類(lèi)數字化超聲波檢測設備，并已成為超聲波檢測的發(fā)展方向。但是，這些設備也僅停留在超聲波檢測頻率較低的頻段的信號處理上，主要是受到高速A/D和高速存儲技術(shù)的限制。
為了減少人為因素對檢測結果的影響，使波形能記錄和保存，并達到檢測結果的直觀(guān)性，需實(shí)現超聲波檢測分析和成像處理，這就要求實(shí)現數據的高速采集和大數據量緩沖。因此，開(kāi)展數據高速采集技術(shù)的研究和實(shí)現是非常必要的，它是能否實(shí)現超聲波檢測分析和成像處理的關(guān)鍵技術(shù)之一。
2．國內外研究現狀及意義
目前國內外在超聲波檢測領(lǐng)域都向著(zhù)數字化方向發(fā)展，數字式超聲波檢測儀器的發(fā)展速度很快。國內近幾年也相繼出現了許多數字式超聲波儀器和分析系統。
國際上對超聲波檢測數字化技術(shù)的研究非常重視，國外生產(chǎn)類(lèi)似產(chǎn)品和研究的公司有美國的泛美（PANAMETRICS）公司、METEC公司，加拿大的R/D TECH公司，德國的K-K公司、法國的SOFRATEST公司和西班牙的TECNATOM公司等等，上述這些公司生產(chǎn)的超聲波檢測采集、分析和成像處理系統的技術(shù)水平較高，在世界上處于領(lǐng)先水平。
國外已把100MHZ以上采樣頻率的高速A/D技術(shù)用于超聲波信號的采集，大容量緩沖技術(shù)也達到一定的水平，信號的分析和成像處理已實(shí)現A、B、C掃描。雖然國內已開(kāi)展這方面的研究與開(kāi)發(fā)，但是在技術(shù)應用上還是存在一定的差距。
因此，開(kāi)展該項技術(shù)的研究，如何把高速A/D技術(shù)、大容量緩沖技術(shù)以及信號的處理、分析和成像技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)和研究，并應用到超聲波檢測的工程需要上去，是一項具有現實(shí)意義的課題，它可提高我國無(wú)損檢測技術(shù)水平，跟上世界先進(jìn)的現代工業(yè)檢測技術(shù)步伐，使我國超聲波檢測水平上一個(gè)臺階。
3．系統的基本結構
我們所研究和開(kāi)發(fā)的數字式超聲波檢測和成像處理系統是采用PC微機，以高速實(shí)時(shí)采集和存儲及數字成像為主要技術(shù)的實(shí)時(shí)檢測系統。系統主要由下列部分組成：雙微機（或工控機）系統、超聲波脈沖發(fā)射器、超聲波信號接收器、高速數據采集卡、數據處理和分析軟件包以及傳感器、探頭運動(dòng)和掃描控制系統等。
3．1 系統的基本功能
l 具有A型掃描超聲波探傷設備的全部功能和分析方法
l DAC曲線(xiàn)調校點(diǎn)數1—32點(diǎn)任選
l 工作頻率：1—40MHZ
l 具有可程控和可選擇的四通道方式和數據的實(shí)時(shí)記錄
l 檢測數據實(shí)時(shí)存盤(pán)
l 全漢化的WINDOWS NT用戶(hù)界面，雙計算機協(xié)調工作
l 多窗戶(hù)的圖形分析
l 可事后分析、處理、測試任何位置范圍內的探傷情況
l 實(shí)時(shí)的A掃描顯示（單、雙、四通道方式可選）、掃查控制顯示
l 事后A掃描顯示、B掃描顯示、C掃描顯示，3D顯示，各顯示方式可相互比較
l 分析結果和檢測報告軟件，打印出分析結果和檢測報告
l 掃查控制接口協(xié)調
3．2 主要研究?jì)热?br /> l 高速A/D轉換技術(shù)，具有100MHZ以上采樣頻率。
l 檢測數據的存儲（因數據量很大，需實(shí)現高速緩沖存儲）。
l 設備的小型化和保密性。
l 多通道檢測的通道切換和數據存儲分配。
l 數據管理、同步方式選擇、高速回放。
由于目前采樣頻率100MHZ以上的高速A/D轉換器已產(chǎn)品化，計算機總線(xiàn)的傳輸速率已大大提高，高速大容量緩沖的出現，使得高頻信號的實(shí)時(shí)數據采集、傳送和存儲能夠實(shí)現。在研究?jì)热葜?，充分考慮到目前關(guān)鍵技術(shù)所采用的器件類(lèi)型，保證研究?jì)热莸耐瓿伞?br /> 4．信號采集及其處理
信號采集、處理和分析是研究和工業(yè)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的常用工具，也是超聲無(wú)損檢測技術(shù)所采用的有效方法。其目的是通過(guò)增強接收信號中某些特征，從而取出對檢測目的特別有用的信息。
4． 1數據采集及模/數轉換
4．1．1 基本概念
超聲檢測設備中的數據采集通過(guò)換能器傳遞信號，它把振動(dòng)的機械能轉換成電信號，信號具有連續的形式，為使它能由計算機處理，需將模擬信號轉換成數字信號。將模擬信號轉換成數字信號是通過(guò)對信號在各個(gè)離散的瞬間進(jìn)行取樣完成的，即將信號幅度數字化成一系列數字的過(guò)程。
從理論上說(shuō)，對幅度的取樣是瞬時(shí)的，而數字的表達又是無(wú)限精確的。而實(shí)際上，取樣是限時(shí)的，幅度也是被轉換成有限位數的二進(jìn)制代碼。對于一個(gè)有實(shí)用價(jià)值，最高頻率為fM 的有限帶寬信號所進(jìn)行的連續時(shí)間富氏變換得到的是一個(gè)總頻帶寬度為2 fM的對稱(chēng)函數。取樣信號s[n]是將s(t)乘以取樣函數：
d(t)=∑δ(t-nT)
式中：T---取樣時(shí)間間隔；
δ—離散增量函。
+若t= nT，則有：δ(t-nT)=1， 且t≠nT時(shí)，δ(t-nT)=0
富氏變換D(f)也是采樣函數：
D(f)=(1/T) ∑δ(f-kF)
式中：F=1/T
δ(t-nT)項用于定義離散序列S[n]，寫(xiě)成離散脈沖函數加權和的形式：
S[n]= ∑s(t)δ(t-nT)
式中S[n]表示取樣信號，這里用方括號取代用于表示連續函數的圓括號。
使用卷積定理，可把富氏變換寫(xiě)成s(t)和δ(t-nT)的富氏變換的卷積：
S[k]=S(f)＊D(f)= (1/T)∑δ(f-kF)
離散富氏變換S[k]是S(f)的間歇復制，復制的頻率間距為F=1/T?？砂磧煞N特殊情況：F>2 fM 時(shí)，相鄰頻譜無(wú)重疊；F<2 fM 時(shí)，相鄰頻譜有重疊，這一現象就是所謂的同名現象。取樣頻率極限FN=2 fM ，超過(guò)此頻率時(shí)便不再有重疊，該頻率就是內奎斯特（Nyquist）頻率。若滿(mǎn)足條件：FN>2 fM，原始信號的恢復將可以實(shí)現，只需將取樣信號波形通過(guò)矩形低通濾波器即可。若取樣頻率低于此值，原始連續信號便不可能根據它的取樣信號波形得到不失真的恢復。
4．1．2 A/D轉換
按轉換器的工作原理不同，A/D轉換器通?？煞譃榉e分型和比較型。積分型A/D轉換器先將輸入的模擬量轉換為中間量，然后再將此中間量變換成相應的數字量。這種類(lèi)型的A/D器件的特點(diǎn)是抗干擾能力強，精度高，但速率較低。高速A/D轉換器一般采用比較型。下面介紹幾種適用于高速變換的A/D轉換器。
（1）閃爍式A/D轉換器：將采樣的模擬信號直接與各個(gè)不同的參考電壓比較，從而得出相應的數字信號大小。這種方式只需一個(gè)A/D內部周期即可得到數字結果，速度相當快，但分辨率不高。它需要2N（N為A/D的位數）個(gè)內部比較器，電路非常復雜。
（2）逐次比較型A/D轉換器：其原理是利用比較器不斷地對采樣模擬信號與D/A轉換器產(chǎn)生的標準模擬電壓進(jìn)行比較，直到兩者之差小于1LSB為止。這種方式需要N個(gè)內部周期來(lái)完成一次轉換,但只需一個(gè)比較器,比較容易提高分辨率,電路較簡(jiǎn)單。
（3） ΣΔ A/D轉換器：其原理是將模擬信號先進(jìn)行ΣΔ調制，再通過(guò)高性能的數字濾波，就能得到高分辨率的數字信號。這種方式能獲得較大的信噪比，它實(shí)際上利用了下面要介紹的過(guò)采樣技術(shù)。
為了滿(mǎn)足軟件無(wú)線(xiàn)電對數據采集模塊的需求，進(jìn)一步提高采集的性能，在上述基本結構的基礎上，采用了一些改進(jìn)的采集技術(shù)，現分別介紹如下：
（1）正交采樣技術(shù)：將要進(jìn)行數字化的信號分成兩個(gè)分量，其中一個(gè)乘以正弦波，下變頻到零中心頻率上；另一個(gè)乘以900相移的正弦波，下變頻到零中心頻率上。每一分量只以原信號的二分之一帶寬出現，以原信號的二分之一采樣速率進(jìn)行取樣。
（2）帶通信號采樣技術(shù)：如果前一模塊送出的是帶通模擬信號，可以以低于抽樣定理中的Nyquist采樣率進(jìn)行模數轉換。只要采樣率fs不低于兩倍的信號帶寬（fh-fl），就不會(huì )導致信號的頻譜的重疊，同時(shí)，fs還應滿(mǎn)足：
2fh/k這里k是滿(mǎn)足如下關(guān)系的整數2（3）過(guò)采樣技術(shù)：以遠大于Nyquist采樣率進(jìn)行采樣的方法稱(chēng)之為過(guò)采樣技術(shù)，采用過(guò)采樣技術(shù)會(huì )帶來(lái)兩個(gè)好處。首先，高速采樣可降低對前級抗混疊濾波器性能的設計要求；其次，過(guò)采樣技術(shù)可提高信噪比。
（4）并行ADC、DAC技術(shù)：軟件無(wú)線(xiàn)電的發(fā)展方向是ADC和DAC盡量靠近射頻端。高頻寬帶信號的數字化對采樣頻率、位數及動(dòng)態(tài)范圍都提出了較高要求，這時(shí)可采用并行A/D轉換技術(shù)。這樣用多個(gè)高速采樣保持和A/D可完成超高速轉換。
4． 2高速A/D數據采集
4．2．1采樣頻率和緩沖容量的確定
本課題是針對超聲波工業(yè)檢測設備而開(kāi)發(fā)的高速數據采集技術(shù)，因此，檢測對象基本上為鋼體材料。超聲波在鋼中傳播時(shí)，縱波CL的傳播速度為5900米/秒，橫波CS的傳播速度為3230米/秒，可見(jiàn)，超聲波在鋼中的傳播速度很快。因此，對于一定厚度的工件進(jìn)行檢測時(shí)，超聲波在工件中的傳播時(shí)間很短，尤其對于薄壁材料檢測，傳播距離更短。從以下超聲波檢測的基本方法可以計算出超聲波的傳播時(shí)間，確定檢測頻率和緩沖的容量要求。
4．2．2超聲波傳播時(shí)間的計算
超聲波在鋼中的傳播速度、距離和時(shí)間的關(guān)系公式為：
D=C·T
式中： D表示聲程（距離）
C表示聲速
T表示傳播時(shí)間
如果采用反射法直探頭進(jìn)行檢測，在其探測范圍內的傳播時(shí)間：
T=2H/C
式中： H表示工件厚度
C表示聲速
T表示傳播時(shí)間
如果采用反射法斜探頭進(jìn)行檢測，則要考慮入射角和幾次聲程的影響。采用一次聲程探傷，在其探測范圍內的傳播時(shí)間：
T=2H/(cosφ·C)
式中： H表示工件厚度
C表示聲速
T表示傳播時(shí)間
φ表示探頭入射角
采用二次聲程探傷，在其探測范圍內的傳播時(shí)間：
T=4H/(cosφ·C)
式中： H表示工件厚度
C表示聲速
T表示傳播時(shí)間
φ表示探頭入射角
4． 2．3 采樣頻率的確定
從以上的超聲波傳播時(shí)間可以看出，對于鋼質(zhì)材料的超聲波檢測，由于超聲波在鋼中傳播時(shí)間很短，因此，一般需采用較高的檢測頻率。尤其對于薄壁材料的檢測，為了得到足夠的分辨率，采用高的檢測頻率就更為重要。這就要求有足夠的采樣頻率才能滿(mǎn)足信號采集的要求。
如對于1mm厚的材料進(jìn)行檢測，由于超聲波在其中的傳播時(shí)間僅為0.339μs，要達到10%（0.1mm）的檢測精度，必須要能分辨0.0339μs的信號周期，不至于信號重疊而無(wú)法分辨。這就要求檢測頻率至少大于29.5MHZ（1/0.0339μs）的檢測頻率fM。因此，對于采樣頻率FN至少滿(mǎn)足內奎斯特（Nyquist）頻率，即滿(mǎn)足條件：FN>2 fM ，也就是采樣頻率至少達到60MHZ以上。對于整個(gè)系統的設計檢測頻率上限40MHZ，采樣頻率必須在80MHZ以上。
為了提高信噪比和檢測精度，我們選擇了大于Nyquist采樣率的過(guò)采樣技術(shù)。確定了整個(gè)系統的采樣速率必須達到100MHZ以上。
當然，整個(gè)系統為了滿(mǎn)足不同檢測要求的需要，采樣速率是可以調整的，在檢測頻率不是很高時(shí)，可以降低采樣速率，以減小緩沖容量的要求。
4．2．4 緩存器容量的確定
由于整個(gè)系統的采樣速率較高，要對信號數據進(jìn)行保存，就需要使用高速緩存器，緩存器的容量應該把探測范圍內的時(shí)域信號得以保存。我們選用了64K容量的緩存器。
在200MHZ采樣速率的情況下，64K緩存器可存儲的時(shí)域信號的時(shí)間長(cháng)度為：
T=64K/（200MHZ/S）=320μs
這種采樣頻率一般用于檢測頻率較高的檢測信號的采集，用高檢測頻率檢測薄壁材料時(shí)，往往采用縱波入射和45度斜探頭一次聲程的橫波入射方式，在同樣厚度的工件中橫波入射方式檢測的時(shí)域信號時(shí)間長(cháng)度較長(cháng)，因此該容量的緩存器可適應的最大厚度的工件厚度為：
H=(320μs·3230m/s·cos45)/2=365mm
對于薄壁材料遠小于該厚度值，因此所設計的緩存器容量是足夠的。
而對于壁厚較厚的工件，一般采用1--5MHZ的檢測頻率，采用30MHZ的采樣頻率足以滿(mǎn)足信號數據采樣的要求，這時(shí)64K緩存器可存儲的時(shí)域信號的時(shí)間長(cháng)度為：
T=64K/（30MHZ/S）=2133μs
即使使用70度斜探頭二次聲程的橫波入射方式，該容量的緩存器可適應的最大工件厚度為：
H=(2133μs·3230m/s·cos70)/4=589mm
它也能適應壓力容器等工業(yè)檢測的需要，比較重要的核電站反應堆壓力容器的壁厚只有在250 mm左右。
4．3 A/D采集卡的設計和開(kāi)發(fā)
為了滿(mǎn)足對超聲波寬頻帶高速率的信號進(jìn)行采集的要求，設計了一種基于并行直接轉換原理的flash A/D轉換器的高速8位分辨率的數據采集卡。
該采集卡的主要性能指標是：
（1） 最大采樣率為200MHz；
（2） 數據分辨率為8位；
（3） 數據緩存容量為64k*16位；
（4） 模擬輸入帶寬>70MHZ；
（5） 輸入路數：4路
（6） 轉換觸發(fā)方式：可編程為定時(shí)觸發(fā)、指令觸發(fā)、外源觸發(fā)
（7） 數據傳輸速率：25MBytes/S
采集卡設計成計算機擴展槽的插板形式，不需外接電源，其各種狀態(tài)可通過(guò)主機進(jìn)行編程控制，便于用戶(hù)使用。
4．4 高速數據緩存器
數據的緩存使用了兩片高速FIFO，在將采集得到的數據寫(xiě)入其中一片時(shí)，后續模塊同時(shí)對另一片中的數據進(jìn)行處理。對FIFO進(jìn)行對寫(xiě)是在時(shí)序控制模塊的控制下進(jìn)行的，但數據的讀出由用戶(hù)自己的后續模塊自己進(jìn)行，并提供相應的控制信號。FIFO緩存器由于其先進(jìn)先出的特性，數據的讀寫(xiě)都無(wú)需提供地址信號，簡(jiǎn)化了電路的設計，提高了數據的吞吐率。該FIFO的最高運行速率是100MHz，這完全滿(mǎn)足系統的要求。
5． 超聲波檢測數據的傳輸和記錄
5．1 系統簡(jiǎn)介
由于本系統采集速率較高，因此對于傳輸的速率要求相對也比較高。由于ISA總線(xiàn)制定的時(shí)間較早，不可避免地帶有一些局限性，例如數據寬度僅為16位、總線(xiàn)同步時(shí)鐘也只有8MHZ等。而目前CPU的數據寬度和工作頻率都有了很大的提高，同時(shí)面向圖形的操作系統的引入，使標準的PC I/O結構中的處理器和它的顯示外設之間產(chǎn)生了數據瓶頸，ISA總線(xiàn)已經(jīng)不能滿(mǎn)足系統要求。但如果將外設的功能在與系統處理器總線(xiàn)同樣寬的高寬帶總線(xiàn)上實(shí)現，這個(gè)瓶頸就可以消除，因此引入了高寬帶總線(xiàn)，通常稱(chēng)為“局部總線(xiàn)”。在多種局部總線(xiàn)中，VESA總線(xiàn)和PCI總線(xiàn)是比較具有代表性的兩種。
在本項課題數字式超聲波成像系統中應用PCI總線(xiàn)作高速數據采集和傳輸。整個(gè)系統的硬件由兩個(gè)部分組成：主處理機（PC）和信號發(fā)射/接收前端組成：
灰色部分的接口卡就是本課題要研究的對象：PCI總線(xiàn)接口卡。它起的作用是發(fā)射/接收前端與主處理機之間的橋梁。在發(fā)射/接收前端，高速采樣后的接收信號在A(yíng)/D轉換后，經(jīng)由連接電纜送到接口卡，再由接口卡通過(guò)PCI總線(xiàn)傳送到主處理機內存中指定的數據接收區。
5． 2 PCI總線(xiàn)的特點(diǎn)
PCI總線(xiàn)即外設部件互連，是一種新型的、同步的、高寬帶的、獨立于處理器的總線(xiàn)。其所以能在各類(lèi)總線(xiàn)中脫穎而出，是因為其具有以下特點(diǎn)：
⑴傳輸速度快。最高工作頻率33MHZ，峰值吞吐率在32位時(shí)為132MB/S，64位時(shí)為264MB/S。
⑵支持無(wú)限猝發(fā)讀寫(xiě)方式。讀寫(xiě)時(shí)后面可跟無(wú)數個(gè)數據周期，具有強大的數據猝發(fā)傳輸能力。
⑶支持并行工作方式。PCI控制器具有多級緩沖，利用它可使PCI總線(xiàn)上外設與CPU并行工作。例如CPU輸出數據時(shí)，先將數據快速送到緩沖器中，當這些數據不斷送往設備時(shí)，CPU就可轉而執行其他工作了。
⑷獨立于處理器。PCI在CPU和外設間插入一個(gè)復雜的管理層用以協(xié)調數據傳輸，通常稱(chēng)之為橋。橋的主要功能是在兩種不同的信號環(huán)境之間進(jìn)行轉換，并向系統中所有的主控制器提供一致的總線(xiàn)接口。因此PCI總線(xiàn)可支持多種系列的處理器，并為處理器升級創(chuàng )造了條件。
⑸提供4種規格，可定義32位/64位以及5V/3.3V電壓信號。3.3V電壓信號環(huán)境的定義為PCI總線(xiàn)進(jìn)入便攜機領(lǐng)域提供了便利。
⑹數據線(xiàn)和地址線(xiàn)采用了多路復用結構，減少了針腳數。一般而言，32位字長(cháng)、僅作目標設備的接口只需47條引腳，作為總線(xiàn)控制者的設備接口再加2條引腳，并可有選擇地增加信號線(xiàn)以擴展功能，如64位字長(cháng)的接口卡需加39條引腳，資源鎖定加1條引腳，等等。
⑺支持即插即用功能，能實(shí)現自動(dòng)配置。在PCI器件上包含有寄存器，上面帶有配置所需的器件信息，使外設適配器在和系統連接時(shí)能自動(dòng)進(jìn)行配置，無(wú)須人工干預。
5．3 硬件結構
這里對接口卡的硬件結構作一簡(jiǎn)要描述：
從連接電纜輸入的16位寬的數據經(jīng)信號緩沖后暫存在FIFO中，然后被PCI總線(xiàn)接口芯片讀出并通過(guò)PCI總線(xiàn)送到主處理機內存中指定的數據接收區。
5．3．1 PCI總線(xiàn)接口芯片結構
PCI總線(xiàn)接口芯片是用FPGA來(lái)實(shí)現的。其上除了完成與PCI總線(xiàn)接口所必須的PCI總線(xiàn)配置寄存器之外，還具有一些用戶(hù)可編程的控制寄存器。用戶(hù)通過(guò)對這些控制寄存器編程，就可使PCI總線(xiàn)接口芯片自動(dòng)向系統申請占用總線(xiàn)，從FIFO中讀出數據并傳送到系統內存中指定的數據接收區中。
芯片內部由兩個(gè)模塊組成：PCI接口模塊和FIFO接口模塊。PCI接口模塊負責與PCI總線(xiàn)端相接的邏輯。FIFO接口模塊負責與FIFO端相接的邏輯。
5．3．2 PCI接口模塊
PCI接口模塊除了實(shí)現PCI總線(xiàn)配置寄存器以外，還起到FIFO接口模塊與PCI總線(xiàn)之間的轉接作用。一方面，來(lái)自PCI總線(xiàn)上的對FIFO接口模塊中控制寄存器的讀寫(xiě)要經(jīng)PCI接口模塊才能轉換為可以被FIFO接口模塊接收的讀寫(xiě)信號；另一方面，FIFO接口模塊從FIFO中讀取的數據需要經(jīng)過(guò)PCI接口模塊才能轉換為PCI總線(xiàn)上的相應信號被系統接收。。
5．3．3 FIFO接口模塊
FIFO接口模塊的功能是控制從FIFO讀出數據，然后通過(guò)PCI接口模塊向總線(xiàn)發(fā)出申請，得到許可后開(kāi)始向系統內存指定的數據接收區傳送數據。FIFO接口模塊中還實(shí)現了可編程的控制寄存器，可使軟件對數據傳送進(jìn)行控制。
5．4 軟件接口
本接口卡的軟件接口包括兩個(gè)部分：與PCI系統相關(guān)的軟件接口及與用戶(hù)應用相關(guān)的軟件接口。與PCI系統相關(guān)的軟件接口是PCI總線(xiàn)配置寄存器，包括本接口卡的生產(chǎn)廠(chǎng)商所指定的設備標志號、修訂版本號以及PCI SIG所分配的廠(chǎng)商標志號寄存器，還有狀態(tài)寄存器、命令寄存器以及基地址寄存器等等。與用戶(hù)應用相關(guān)的軟件接口是與本接口卡實(shí)現的特定功能相關(guān)的寄存器，包括兩組與數據傳送有關(guān)的起始地址寄存器和結束地址寄存器，還有命令寄存器和狀態(tài)寄存器。
對與用戶(hù)應用相關(guān)的寄存器的操作都應以32位的方式進(jìn)行。若以8位或16位的方式操作，將產(chǎn)生不可預知的結果。
在內存以字節（8位）為單位進(jìn)行尋址的情況下，在進(jìn)行16位或32位的操作時(shí)認為字節排列順序如下：高位字節在地址較大的字節上，低位字節在地址較小的字節上，
在各個(gè)寄存器中，有些寄存器是只讀的，有些寄存器是可讀可寫(xiě)的，還有一些寄存器是可讀可清除的。以上這些屬性在以后對每個(gè)寄存器的說(shuō)明中將分別以只讀、讀/寫(xiě)、讀/清的字樣標出。
對于只讀和可讀可寫(xiě)屬性應該是見(jiàn)詞明義，這里就不多作說(shuō)明。對于可讀可清除屬性，在這里有必要說(shuō)明一下。對可讀可清除的寄存器作讀操作時(shí)，與一般的讀操作無(wú)異。在寫(xiě)操作時(shí)，那些寫(xiě)入1的位會(huì )被清0，那些寫(xiě)入0的位則不受影響。具體來(lái)說(shuō)，當某個(gè)具有可讀可清除屬性的字節內容為01010101時(shí)，若對該字節讀，則讀出的內容為01010101。若對該字節寫(xiě)入00001111時(shí)，該字節的低4位被清0，內容改變?yōu)?1010000。
6. 結論
1．從調試結果和研制結果來(lái)看，超聲波信號采集、分析和成像處理系統的整體設計方案是正確的，整套系統可以滿(mǎn)足頻率范圍從1MHZ到40MHZ超聲波檢測采集和分析的需要，同時(shí)可以調整采樣速率，適應不同檢測頻率的記錄要求。
2．該課題采用全數字式超聲波信號顯示和處理方式，可以為超聲波檢測的分析提供必要的數據，對檢測結果更為準確和直觀(guān)?？梢愿鼮榫_地對缺陷進(jìn)行定位和定量。同時(shí)，為超聲波檢測設備的開(kāi)發(fā)提供了良好的開(kāi)發(fā)手段。對提高我國的超聲波檢測設備的開(kāi)發(fā)水平具有積極意義。
3．該課題中采用的PCI實(shí)時(shí)技術(shù)解決了高速大容量現場(chǎng)檢測數據的存儲和傳輸，為其他有關(guān)項目的開(kāi)發(fā)提供了方案。
4．課題中應用的關(guān)鍵硬件FPGA和PLD器件可以較強地適用于科研開(kāi)發(fā)和調試，同時(shí)具有一定的保密性，對知識產(chǎn)權的保護提供了方案。并且，可以大大縮小硬件的體積。
5．課題中采用的譜估計方法進(jìn)行信號處理，可以從噪聲中提取回波信息，可以降低硬件的開(kāi)發(fā)難度。
整個(gè)系統的開(kāi)發(fā)成功對于提高我國無(wú)損檢測技術(shù)水平，跟上世界先進(jìn)的現代工業(yè)檢測技術(shù)步伐，使我國超聲波檢測水平上一個(gè)臺階具有重要的意義。