多通道超声检测模块的数据传输设计

论文总字数：27678字

摘 要

随着对超声检测系统检测性能要求的提高，检测模块会产生大量的待传输数据，高速数据传输是超声检测技术研究的关键问题之一。本文设计基于FPGA的多通道超声检测系统的高速数据传输模块，实现将前端检测模块产生的大量数据传输至上位机。本文的主要工作如下：

基于超声检测原理及多通道超声检测系统的研究，提出8通道超声检测模块的高速数据传输设计方案。设计中选用FPGA作为主控制器，USB2.0作为通信接口，对USB芯片FT2232H进行驱动方式选择，并将通信接口配置为FT245同步模式。

对主控制器FPGA内部功能模块进行划分，设计了数据处理模块、数据缓存区、参数解析模块、RAM存储模块、USB控制模块和进程控制模块，详细阐述各模块设计过程，用于实现对上位机下发参数的加载解析、待上传数据的采集处理、USB通信接口传输控制及数据传输进程控制的功能。

搭建8通道超声检测平台，利用PC端测试软件对设计的数据传输模块进行性能测试。结果表明，设计的基于FPGA的传输方案可以实现将检测模块采集的数据上传到PC端。通过测试软件检测传输过程中的丢包率，证明本设计可以实现速率高于25M Byte/s的数据传输，且不发生丢包，达到高速稳定传输的目的。

关键词：超声检测，数据传输，FPGA，USB2.0

ABSTRACT

With the improvement of the detection performance requirements of the ultrasonic detection system, the detection module will generate a large amount of data to be transmitted, and high-speed data transmission is one of the key issues in the research of ultrasonic detection technology. This paper designs a high-speed data transmission module based on FPGA for multi-channel ultrasonic detection system, which realizes transmitting a large amount of data generated by the front-end detection module to the upper computer. The main work of this paper is as follows:

Based on the principle of ultrasonic detection and multi-channel ultrasonic detection system, a high-speed data transmission design scheme for 8-channel ultrasonic detection module is proposed. In the design, FPGA is selected as the main controller, and USB2.0 is used as the communication interface. The drive mode of the USB chip FT2232H is selected, and the communication interface is configured as the FT245 synchronization mode.

The main function module of the main controller FPGA is divided, and the data processing module, data buffer area, parameter analysis module, RAM storage module, USB control module and process control module are designed. The design process of each module is elaborated, which is used to implement the upper computer. Load parsing of the delivered parameters, collection and processing of data to be uploaded, USB communication interface transmission control, and data transmission process control.

An 8-channel ultrasonic testing platform was built, and the performance of the designed data transmission module was tested by using the PC-side testing software. The results show that the designed FPGA-based transmission scheme can upload the data collected by the detection module to the PC. The test software detects the packet loss rate during transmission, which proves that the design can achieve data transmission with a rate higher than 25M Byte/s, and no packet loss occurs, achieving high-speed and stable transmission.

KEY WORDS: Ultrasonic testing, data transmission, FPGA, USB2.0

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 超声检测技术研究背景 1

1.2 本文主要研究目的及研究内容 2

1.2.1 主要研究目的 2

1.2.2 论文章节安排 2

第二章 数据传输方案设计 4

2.1 超声检测技术理论 4

2.2 多通道超声检测系统 5

2.2.1 硬件检测及传输电路 5

2.2.2 上位机测试软件 6

2.3 数据传输设计总体方案 6

2.4 数据传输硬件实现 7

2.4.1 FPGA选型 7

2.4.2 通信接口选择 9

2.4.3 FT2232H芯片配置 11

2.5 本章小结 12

第三章 FPGA设计与实现 13

3.1 FPGA功能模块划分 13

3.2 参数加载解析 13

3.2.1 系统参数通信协议 14

3.2.2 参数数据接收及解析 14

3.3 前端数据采集及处理 16

3.3.1 ADC数据采集 16

3.3.2 上传数据打包 17

3.3.3 上传数据缓存 18

3.4 USB通信控制 19

3.4.1 FT245同步模式 19

3.4.2 FT2232H读写控制 20

3.5 传输进程控制 21

3.6 本章小结 22

第四章 传输性能测试与分析 23

4.1 上位机测试软件 23

4.2 传输速率及稳定性测试与分析 24

4.2.1 数据传输性能测试 24

4.2.2 测试结果分析 26

4.3 本章小结 27

第五章 总结与展望 28

5.1 总结 28

5.2 展望 28

参考文献 30

致 谢 31

第一章 绪论

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