基于DSP和CPLD超声探伤仪的研究与设计

发布时间：2017-07-15 19:00

  本文关键词：基于DSP和CPLD超声探伤仪的研究与设计

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【摘要】：随着国家综合实力的增强,工业、微电子及软件业迅速发展的同时,产品的安全性问题也越来越受到人们的关注。为了在不破坏产品本身的结构的基础上检验出产品的质量,无损检测技术得到快速发展。超声探伤仪是无损检测技术发展的产物,主要用来对被检工件进行质量的检测。本文以在开关设备中广泛使用的开关触头作为被检工件。由于这种触头的好坏直接影响开关电器的品质,通常在出厂前需要对其进行缺陷检测。本文所研究的内容是超声探伤仪中数据采集系统的软、硬件电路设计。该系统主要通过对工件发射超声波,然后采集由工件反射回来的超声回波信号并发送给上位机。如果工件中有缺陷(焊缝、气孔、未焊透等),则接收到的回波信号中含有缺陷回波信号,然后将回波信号进行进一步处理以获取缺陷的详细信息。因此,能够采集到完整又不失真的缺陷回波信号是超声探伤仪设计的关键。所以本课题研究并结合超声无损检测中的脉冲反射的检测原理,并在以开关触头作为被检工件的基础上设计了超声探伤仪中基于DSP与CPLD的数据采集系统的硬件电路和相关软件,具体包括针对传统超声波发射电路中激励电压不变、触发脉冲频率固定的缺点,设计了激励电压可调、触发脉冲频率可控的超声波发射电路；针对超声回波信号电压过小需高倍放大的问题设计了程控增益放大电路；针对超声回波信号中夹杂大量噪声的问题,设计了全差分抗干扰电路；针对采集的超声信号频率较高,设计了以AD9288为核心的高速数据采集电路,以及USB2.0数据传输电路等硬件电路模块,并编写了相关的软件,最后介绍了高速PCB设计中的基本原则,并对本系统PCB的叠层设计、布局、布线进行了说明和元器件的焊接。项目最后进行了系统的软硬件的调试,并能够完整的采集到不失真的缺陷回波信号,发送到上位机,并用MATLAB对采集到回波数据进行了显示,从而验证了系统方案的可行性。本文针对超声信号设计的基于DSP (TMS320F2812)和CPLD (EPM3064A)高速数据采集系统,其中DSP是系统主控制核心,CPLD负责整个系统的逻辑控制。该系统可为工业超声探伤系统提供了良好的硬件支持,同时也为数字超声探伤仪的研制提供了良好的解决方案。
【关键词】：超声无损检测 DSP CPLD 高速采集 USB2.0
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH878.2
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 无损检测技术简述9-10
• 1.2 超声波探伤原理10-11
• 1.3 数据采集技术11-12
• 1.3.1 数据采集系统的性能指标11
• 1.3.2 数据采集系统的特点11-12
• 1.4 本课题研究的意义和内容12-13
• 2 超声探伤仪中高速数据采集系统总体方案13-23
• 2.1 数据采集理论13-14
• 2.2 系统总体设计14-16
• 2.2.1 系统主要功能和技术指标14-15
• 2.2.2 系统硬件框图15-16
• 2.3 系统核心器件的选型16-20
• 2.3.1 主控芯片选型16-17
• 2.3.2 逻辑控制芯片CPLD选型17-18
• 2.3.3 高速A/D转换器选型18-19
• 2.3.4 USB2.0接口芯片选型19-20
• 2.4 探头和耦合剂选择20-22
• 2.5 本章小结22-23
• 3 超声探伤检测系统的硬件电路设计23-35
• 3.1 发射与接收电路设计23-26
• 3.1.1 发射电路设计23-24
• 3.1.2 接收电路设计24-26
• 3.2 A/D转换电路设计26-28
• 3.3 DSP硬件电路设计28-30
• 3.3.1 电源电路设计28-29
• 3.3.2 时钟电路设计29
• 3.3.3 复位电路设计29-30
• 3.3.4 JTAG电路设计30
• 3.4 CPLD硬件电路设计30-32
• 3.5 外围接口电路设计32-34
• 3.5.1 F2812与USB接口电路设计32-33
• 3.5.2 CY7C4275接口电路设计33-34
• 3.6 本章小结34-35
• 4 系统软件设计35-44
• 4.1 系统软件整体流程35-36
• 4.2 DSP系统程序设计36-40
• 4.2.1 DSP集成开发环境36
• 4.2.2 DSP初始化程序设计36-37
• 4.2.3 DSP数据采集程序设计37-38
• 4.2.4 DSP与USB通信程序设计38-40
• 4.3 CPLD程序设计40-41
• 4.4 USB内核程序设计41-43
• 4.4.1 固件设计41-42
• 4.4.2 驱动设计42-43
• 4.5 本章小结43-44
• 5 系统PCB设计与实现44-50
• 5.1 高速PCB设计44
• 5.2 叠层设计44-45
• 5.2.1 多层PCB叠层设计原则44-45
• 5.2.2 系统PCB的叠层设计45
• 5.3 布局45-46
• 5.3.1 混合信号PCB分区设计45-46
• 5.3.2 系统PCB布局46
• 5.4 布线46-47
• 5.5 设计完成的PCB47-48
• 5.6 系统调试48-49
• 5.7 本章小结49-50
• 6 结论50-53
• 参考文献53-55
• 攻读硕士学位期间发表的论文55-56
• 致谢56-58

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 孙靖国,牛文生 ,刘东;高速数字电路中的信号完整性问题[J];航空计算技术;2001年04期

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本文编号：545261