基于多频电阻抗测试的肺功能仪数据采集系统的软件开发

发布时间：2017-08-26 17:05

  本文关键词：基于多频电阻抗测试的肺功能仪数据采集系统的软件开发

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【摘要】：本文主要进行了基于多频电阻抗测试的肺功能仪数据采集系统软件方面的开发。该数据采集系统由上位机设定工作方式，给选定电极按照不同模式施加特定激励信号，通过16路并行数据处理电路进行高精度、快速的数据采集，获得的数据经过ARM解调后传送给上位机进行图像重构。论文主要完成了以下工作： 首先，基于电阻抗成像技术和系统的设计要求，阐述了系统的总体设计思路，并分别对串联式、并联式和分布式硬件系统结构进行了描述。通过分析系统性能要求，确定了满足系统要求的硬件结构ARM+FPGA。 然后，根据ARM与FPGA的嵌入式开发过程，给出了系统的具体设计思路和工作过程，并根据信号发送处理模块、电极选通模块、信号接收处理模块、时钟和电源模块、主控器和通信模块共五个模块具体的性能要求，选择了满足系统性能要求的主要器件。 其次，设计了带通滤波器和电压控制电流源两个信号前处理电路，基于Multisim和搭建的实验电路对电路性能进行了仿真和实验验证，结果表明，所设计电路能够满足系统性能要求。另外，还介绍并设计了主控器和通信模块电路。 最后，论文基于VHDL语言，用FPGA设计实现了正弦波恒流源模块、锁相环模块、可编程时钟模块、数模转换器模块、程控放大器模块、模拟开关模块、数据采集与数据缓存模块和与ARM接口模块。在Quartus II环境下，对上述模块进行了时序仿真，，仿真结果验证了所设计模块功能的正确性。
【关键词】：多频率 电阻抗成像 FPGA VHDL
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R318.6;TP274.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-13
• 1.1 引言7
• 1.2 肺功能电阻抗成像技术的发展历史7-11
• 1.2.1 国外研究概况7-10
• 1.2.2 国内研究概况10-11
• 1.3 本论文研究内容与安排11-13
• 第二章 肺功能 EIT 原理及数据采集系统的总体设计13-21
• 2.1 本系统的原理及设计要求13-15
• 2.1.1 本系统的基本原理13-14
• 2.1.2 本系统的设计要求14-15
• 2.2 本系统的总体设计思路15-16
• 2.3 本系统的硬件结构、主控制器和测量方式的选择16-18
• 2.3.1 本系统的硬件结构16-17
• 2.3.2 本系统主控制器的选择17
• 2.3.3 本系统测量方式的选择17-18
• 2.4 基于 ARM 与 FPGA 的嵌入式系统开发流程18-19
• 2.5 本系统的具体设计思路19-20
• 2.6 本章小结20-21
• 第三章 肺功能 EIT 数据采集系统的电路设计21-41
• 3.1 带通滤波器21-31
• 3.1.1 有源滤波器和无源滤波器21-22
• 3.1.2 带通滤波器类型的选取22
• 3.1.3 带通滤波器的设计流程图22-24
• 3.1.4 带通滤波器的原理分析24-27
• 3.1.5 带通滤波器器的器件选择和设计27-31
• 3.2 电压控制电流源31-35
• 3.2.1 电压控制电流源类型的选择31
• 3.2.2 电压控制电流源的原理31-32
• 3.2.3 电压控制电流源的具体实现32-35
• 3.3 主控器和通信模块35-40
• 3.3.1 主控器模块35-36
• 3.3.2 通信模块36-39
• 3.3.3 ARM 和 FPGA 之间的接口39-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 肺功能 EIT 数据采集系统的 FPGA 实现41-61
• 4.1 正弦波恒流源模块（DDS）42-47
• 4.1.1 DDS 模块的基本原理42-43
• 4.1.2 DDS 模块结构43-44
• 4.1.3 DDS 模块的设计44-47
• 4.2 锁相环模块（PLL）47-48
• 4.3 可编程时钟模块（ICS）48-53
• 4.3.1 可编程时钟模块的组成48-49
• 4.3.2 可编程时钟模块的配置49-52
• 4.3.3 可编程时钟模块的实现52-53
• 4.4 数模转换器模块(DAC)53-54
• 4.4.1 本模块的结构与功能53
• 4.4.2 本模块的产生53-54
• 4.5 程控放大器模块（PGA）54-56
• 4.6 模拟开关模块（MAX336）56-57
• 4.7 数据采集与数据缓存模块（AD9266）57-59
• 4.8 与 ARM 接口模块（BUSIO）59
• 4.9 本章小结59-61
• 第五章 总结与展望61-63
• 致谢63-65
• 参考文献65-69
• 附录 A69-71
• 附录 B71-72

【参考文献】

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本文编号：742477