超聲相控陣探傷儀FPGA模塊設(shè)計(jì).pdf

1、伴隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步和制造業(yè)的發(fā)展，無損檢測技術(shù)在很多重要的工業(yè)部門中都得到廣泛的應(yīng)用。無損檢測技術(shù)有助于改進(jìn)制造工藝，降低制造成本，提高產(chǎn)品可靠性，以及保證關(guān)鍵設(shè)備的安全運(yùn)行。無損檢測技術(shù)水平基本上反映了部門，行業(yè)，甚至國家的工業(yè)技術(shù)水平。
　　無損檢測有多種方法，如超聲，射線，渦流，磁粉等，超聲方法是應(yīng)用最廣泛的一種。超聲探傷的效果與超聲探傷儀的性能密切相關(guān)。目前大多數(shù)超聲探傷儀的核心部分是由FPGA實(shí)現(xiàn)的，本文對超聲相控陣探

2、傷儀的FPGA中一些關(guān)鍵模塊的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了研究，實(shí)現(xiàn)了這些模塊，并在硬件上進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　本文介紹了超聲相控陣探傷儀的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和FPGA設(shè)計(jì)所需要完成的任務(wù)，對FPGA進(jìn)行了功能模塊的劃分，并著重描述了ADC接口模塊，顯示子系統(tǒng)，處理器接口模塊，以及高階數(shù)大位寬FIR的設(shè)計(jì)。
　　對于設(shè)備上采用的帶有高速串行數(shù)據(jù)流輸出的ADC，研究了利用FPGA的多功能IO資源進(jìn)行ADC接口設(shè)計(jì)的方法。通過采用FPGA自帶的高速串并

3、轉(zhuǎn)換器和專用的高速IO時(shí)鐘走線資源實(shí)現(xiàn)了高達(dá)700Mbps數(shù)據(jù)率的ADC接口，并支持動(dòng)態(tài)延時(shí)參數(shù)調(diào)整以消除應(yīng)用現(xiàn)場環(huán)境條件造成的信號抖動(dòng)。
　　為了保證超聲回波的實(shí)時(shí)顯示，本文對回波曲線及包絡(luò)的繪制算法，菜單和曲線的顯示控制做了詳細(xì)探討。顯示設(shè)備為LCD模組，對非實(shí)時(shí)更新的菜單界面和實(shí)時(shí)更新的A掃描顯示區(qū)域分別采用了單獨(dú)的外部顯示存儲(chǔ)器，并充分利用FPGA內(nèi)部的RAM資源實(shí)現(xiàn)A掃描曲線以及包絡(luò)的計(jì)算。
　　處理器與FPGA之

4、間有多種類型的數(shù)據(jù)交換。為了便于處理器接口的設(shè)計(jì)，將處理器和FPGA之間通過局部總線的通信抽象為三類，針對每一種應(yīng)用都做了硬件實(shí)現(xiàn)并驗(yàn)證，以便于其他FPGA模塊調(diào)用。
　　回波信號的處理需要采用高階數(shù)，大位寬的FIR濾波器。本文針對實(shí)際應(yīng)用，提出了一種基于FPGA內(nèi)部的乘法器資源的時(shí)分半并行FIR設(shè)計(jì)方法。在同一硬件中支持了沖激響應(yīng)長度為64的非對稱系數(shù)FIR和沖激響應(yīng)長度為127的對稱系數(shù)FIR，充分利用FPGA可達(dá)到的高速運(yùn)行