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多通道水声信号采集系统设计与实现

高正杨  
【摘要】:随着海洋事业和水声技术的发展,水下信号处理成为海洋探测、导航定位、水下通信等领域中所必需的技术手段。而水声数据采集是水声信号处理研究不可或缺的组成部分,是进行信号处理的首要前提。一个性能优越、同时可以实现实时的多路数据采集系统在水声系统中起着越来越重要的作用,对水下阵列信号处理有着显著的意义和实用价值。本文设计了一套多路数据采集系统,包括硬件平台设计和软件程序设计。硬件平台设计包括A/D采集电路设计、USB通信控制电路设计、FPGA核心控制电路设计等。本文选用FPGA作为系统的核心处理器,主要负责系统内A/D采集模块和USB通信控制模块的逻辑时序控制以及对采集的数据进行缓存和数字滤波。系统通过一片16位模数转换芯片ADS8568实现4通道数据同步采集。采集数据以USB数据总线的方式上传到PC机中,具有传输速率快、支持即插即用、方便稳定等优点。软件部分可以分为FPGA逻辑控制程序、USB固件程序和上位机应用程序。选用Verilog HDL语言作为FPGA程序设计语言,其中包括A/D数据采集模块逻辑控制、USB从属FIFO逻辑程序设计、内部数据缓存FIFO设计以及数字滤波器程序设计;USB固件程序使USB工作在从属FIFO下,进行16位数据异步自动传输;采用NI-VISA设计USB驱动程序具有流程简单、周期短的特点;使用LabVEIW软件开发上位机程序,实现实时的读取USB上传数据,并可显示和存储数据。最后在实验室和水池对采集系统测试表明,论文设计的多通道数据采集系统工作稳定可靠,性能满足设计要求,达到了预期效果。


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