基于正交矢量放大的MRS信号采集模块设计---- 采集模块软件实现 单片机, 软件, 测量, 程序, 上电

Bazinga

5.3采集模块软件实现
5.3.1单片机软件实现



单片机上电复位后，首先执行初始化程序，然后等待上位机的指令。上位机开始测量之前，会对采集模块设置Lamor频率、采集时间、开采时间等参数。由于采集模块的时序控制全部由CPLD来执行，单片机接收到这些参数之后，会对CPLD进行设置。当上位机发送开始采集指令后，单片机会给CPLD一个内同步信号ISY.而CPLD在内同步信号ISY和主控板传来的外同步信号OSY全部到达后，启动采集时序。开采时间一到，CPLD会按1/4倍Lamor频率的采样率给单片机采集中断信号SY.单片机响应中断后，调用采集子程序，控制AD7656采集信号，并将采集到的数据分类（噪声X分量、噪声Y分量、信号X分量、信号Y分量）存储在FRAM中。采集时间过后，一次发射采集完成，单片机复位内同步信号ISY，然后将FRAM中的数据传送到上位机。软件流程图如图5.1所示。

5.3.2 CPLD软件实现
CPLD的编程是通过Quartus II软件来实现的。Quartus II软件是Altera的综合开发工具，它集成了Altera的FPGA/CPLD开发流程中涉及的所有工具和第三方软件接口。通过使用此综合开发工具，设计者可以创建、组织和管理自己的设计。

本设计中，采取Quartus II软件中的原理图输入方式来实现CPLD的编程。其中同步时序控制部分的设计如图5.2所示。



由单片机产生的内同步信号ISY和系统主控板传来的外同步信号OSY接入CPLD中，经过如图5.2所示的逻辑电路，输出信号START，启动采集时序。CPLD经过时间为开始采集时间TDELAY的延迟后，开始输出单片机采集中断信号SY，通知单片机采集，SY的输出频率为1/4倍Lamor频率。采集时间TCOLLECT一到，CPLD终止采集，通知单片机复位内同步信号ISY.时序示意图如图5.3所示。



TDELAY、TCOLLECT、fLamor等参数都可以由上位机通过单片机来进行设定。参数设定原理图如图5.4所示。



5.3.3上位机主控软件
上位机主控软件采用Visual Basic语言开发J，LMRS系统完全由主控软件进行发射、接收等操作控制，操作界面如图5.5所示。主控软件将采集模块采集到的同相通道的数据I（t）、正交通道的数据Q（t）进行数学运算：


得到信号的包络然后成图显示，波形显示界面如图5.6所示，其中信号波形用蓝色曲线表示，噪声波形用黑色曲线表示。



第七章全文总结
7.1主要工作
本文的主要工作是完成了核磁共振信号采集模块的设计与研制。具体工作如下：
1、介绍了研究核磁共振找水原理，通过分析核磁共振信号的特点，提出了基于正交矢量放大方法的核磁共振信号包络采集模块的设计方案。

2、分析了锁定放大器抑制噪声的原理，通过理论分析和MATLAB仿真论证了正交矢量型锁定放大器提取MRS信号参数的可行性。

3、用CPLD和D/A转换器实现了相敏检测器的功能，既产生了与MRS信号同频的参考信号，又实现了对MRS信号的相敏检波。设计了锁相环倍频电路，为CPLD输出参考信号提供了稳定的时钟频率。

4、利用开关电容滤波器MAX260设计了截止频率可调的低通滤波器。

5、利用同步采集芯片AD7656实现了同相、正交两路通道信号的同步采集，并通过单片机将采集到的数据传送到上位机。

6、对采集模块进行了大量的室内测试，包括短路噪声测试、标准正弦波测试和模拟MRS信号测试，验证了采集模块的可靠性和稳定性。通过误差分析，得出采集模块允许的参考信号与被测MRS信号的频率偏差范围。随后采集模块与JLMRS找水系统结合进行了大量的野外试验，验证了采集模块的实用性。

7.2存在的问题以及改进建议
1、低通滤波器输出有微小的直流偏移，对采集结果造成了一定的影响。应进一步改进低通滤波器的设计，消除直流偏移，提高滤除噪声的能力。

2、采集芯片可以由串行工作模式转换为并行工作模式，在保证系统运行速度的同时提高采样率，使采集模块可以加入全波采集功能。