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

5.3采集模塊軟件實現(xiàn)

5.3.1單片機軟件實現(xiàn)

單片機上電復位后，首先執(zhí)行初始化程序，然后等待上位機的指令。上位機開始測量之前，會對采集模塊設置Lamor頻率、采集時間、開采時間等參數(shù)。由于采集模塊的時序控制全部由CPLD來執(zhí)行，單片機接收到這些參數(shù)之后，會對CPLD進行設置。當上位機發(fā)送開始采集指令后，單片機會給CPLD一個內同步信號ISY.而CPLD在內同步信號ISY和主控板傳來的外同步信號OSY全部到達后，啟動采集時序。開采時間一到，CPLD會按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(shù)據(jù)分類（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。采集時間過后，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(shù)據(jù)傳送到上位機。軟件流程圖如圖5.1所示。

5.3.2 CPLD軟件實現(xiàn)

CPLD的編程是通過Quartus II軟件來實現(xiàn)的。Quartus II軟件是Altera的綜合開發(fā)工具，它集成了Altera的FPGA/CPLD開發(fā)流程中涉及的所有工具和第三方軟件接口。通過使用此綜合開發(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實現(xiàn)CPLD的編程。其中同步時序控制部分的設計如圖5.2所示。

由單片機產生的內同步信號ISY和系統(tǒng)主控板傳來的外同步信號OSY接入CPLD中，經(jīng)過如圖5.2所示的邏輯電路，輸出信號START，啟動采集時序。CPLD經(jīng)過時間為開始采集時間TDELAY的延遲后，開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。采集時間T_COLLECT一到，CPLD終止采集，通知單片機復位內同步信號ISY.時序示意圖如圖5.3所示。

T_DELAY、T_COLLECT、f_Lamor等參數(shù)都可以由上位機通過單片機來進行設定。參數(shù)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語言開發(fā)J，LMRS系統(tǒng)完全由主控軟件進行發(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(shù)據(jù)I（t）、正交通道的數(shù)據(jù)Q（t）進行數(shù)學運算：

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

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，通過分析核磁共振信號的特點，提出了基于正交矢量放大方法的核磁共振信號包絡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(shù)的可行性。

3、用CPLD和D/A轉換器實現(xiàn)了相敏檢測器的功能，既產生了與MRS信號同頻的參考信號，又實現(xiàn)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(wěn)定的時鐘頻率。

4、利用開關電容濾波器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實現(xiàn)了同相、正交兩路通道信號的同步采集，并通過單片機將采集到的數(shù)據(jù)傳送到上位機。

6、對采集模塊進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(wěn)定性。通過誤差分析，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(tǒng)結合進行了大量的野外試驗，驗證了采集模塊的實用性。

7.2存在的問題以及改進建議

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。應進一步改進低通濾波器的設計，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(tǒng)運行速度的同時提高采樣率，使采集模塊可以加入全波采集功能。