基于正交矢量放大的MRS信號采集模塊設計---- 采集模塊軟件實(shí)現

5.3采集模塊軟件實(shí)現

5.3.1單片機軟件實(shí)現

單片機上電復位后，首先執行初始化程序，然后等待上位機的指令。上位機開(kāi)始測量之前，會(huì )對采集模塊設置Lamor頻率、采集時(shí)間、開(kāi)采時(shí)間等參數。由于采集模塊的時(shí)序控制全部由CPLD來(lái)執行，單片機接收到這些參數之后，會(huì )對CPLD進(jìn)行設置。當上位機發(fā)送開(kāi)始采集指令后，單片機會(huì )給CPLD一個(gè)內同步信號ISY.而CPLD在內同步信號ISY和主控板傳來(lái)的外同步信號OSY全部到達后，啟動(dòng)采集時(shí)序。開(kāi)采時(shí)間一到，CPLD會(huì )按1/4倍Lamor頻率的采樣率給單片機采集中斷信號SY.單片機響應中斷后，調用采集子程序，控制AD7656采集信號，并將采集到的數據分類(lèi)（噪聲X分量、噪聲Y分量、信號X分量、信號Y分量）存儲在FRAM中。采集時(shí)間過(guò)后，一次發(fā)射采集完成，單片機復位內同步信號ISY，然后將FRAM中的數據傳送到上位機。軟件流程圖如圖5.1所示。

5.3.2 CPLD軟件實(shí)現

CPLD的編程是通過(guò)Quartus II軟件來(lái)實(shí)現的。Quartus II軟件是Altera的綜合開(kāi)發(fā)工具，它集成了Altera的FPGA/CPLD開(kāi)發(fā)流程中涉及的所有工具和第三方軟件接口。通過(guò)使用此綜合開(kāi)發(fā)工具，設計者可以創(chuàng )建、組織和管理自己的設計。

本設計中，采取Quartus II軟件中的原理圖輸入方式來(lái)實(shí)現CPLD的編程。其中同步時(shí)序控制部分的設計如圖5.2所示。

由單片機產(chǎn)生的內同步信號ISY和系統主控板傳來(lái)的外同步信號OSY接入CPLD中，經(jīng)過(guò)如圖5.2所示的邏輯電路，輸出信號START，啟動(dòng)采集時(shí)序。CPLD經(jīng)過(guò)時(shí)間為開(kāi)始采集時(shí)間TDELAY的延遲后，開(kāi)始輸出單片機采集中斷信號SY，通知單片機采集，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，通知單片機復位內同步信號ISY.時(shí)序示意圖如圖5.3所示。

T_DELAY、T_COLLECT、f_Lamor等參數都可以由上位機通過(guò)單片機來(lái)進(jìn)行設定。參數設定原理圖如圖5.4所示。

5.3.3上位機主控軟件

上位機主控軟件采用Visual Basic語(yǔ)言開(kāi)發(fā)J，LMRS系統完全由主控軟件進(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據I（t）、正交通道的數據Q（t）進(jìn)行數學(xué)運算：

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

第七章全文總結

7.1主要工作

本文的主要工作是完成了核磁共振信號采集模塊的設計與研制。具體工作如下：

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

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

3、用CPLD和D/A轉換器實(shí)現了相敏檢測器的功能，既產(chǎn)生了與MRS信號同頻的參考信號，又實(shí)現了對MRS信號的相敏檢波。設計了鎖相環(huán)倍頻電路，為CPLD輸出參考信號提供了穩定的時(shí)鐘頻率。

4、利用開(kāi)關(guān)電容濾波器MAX260設計了截止頻率可調的低通濾波器。

5、利用同步采集芯片AD7656實(shí)現了同相、正交兩路通道信號的同步采集，并通過(guò)單片機將采集到的數據傳送到上位機。

6、對采集模塊進(jìn)行了大量的室內測試，包括短路噪聲測試、標準正弦波測試和模擬MRS信號測試，驗證了采集模塊的可靠性和穩定性。通過(guò)誤差分析，得出采集模塊允許的參考信號與被測MRS信號的頻率偏差范圍。隨后采集模塊與JLMRS找水系統結合進(jìn)行了大量的野外試驗，驗證了采集模塊的實(shí)用性。

7.2存在的問(wèn)題以及改進(jìn)建議

1、低通濾波器輸出有微小的直流偏移，對采集結果造成了一定的影響。應進(jìn)一步改進(jìn)低通濾波器的設計，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換為并行工作模式，在保證系統運行速度的同時(shí)提高采樣率，使采集模塊可以加入全波采集功能。