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基于DSP的表面缺陷无损检测系统设计

作　者: 李哲
导　师: 郭永彩
学　校: 重庆大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 表面缺陷无损检测 DSP处理器 PCB设计信号完整性设计
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在现代经济生活中,物体的健康关系到国计民生的方方面面,对物体的健康检测也得到越来越多的重视。物体表面缺陷检测作为物体健康检测的重要组成部分,可以直观地反映物体的健康状况,也取得了巨大的进步,在桥梁、建筑、工业产品检测、石油管道检测和钢铁产品检测等领域得到了广泛的应用。通过对物体表面缺陷进行检测,可以提高产品质量和人们的生活水平,具有重要的现实意义和实用价值。在深入分析和研究了国内外物体表面缺陷检测方法的基础上,针对现有方法的局限性和不足,提出了一种基于DSP和图像处理算法的物体表面缺陷无损检测系统设计方案;该系统设计以TI公司高性能多媒体DSP芯片TMS320DM642为核心,为适应物体表面缺陷检测系统的需要,扩展了四路CCD图像采集电路、视频解码电路、SDRAM存储器电路、Flash系统自举电路、CPLD控制电路和CF卡存储电路等外围电路模块,完成了对物体表面缺陷图像的采集、转换、处理和存储;在电路原理图设计中遵循高速信号电路PCB设计原则,完成了系统PCB的布局、叠层设计、内电层设计、系统接地设计和高速信号线等设计;结合传输线理论对系统PCB存在的信号完整性问题进行了分析和设计,并对PCB信号完整性进行仿真;最后对设计的检测硬件平台进行了调试,完成整个物体表面缺陷无损检测系统的设计。本文设计的物体表面缺陷检测系统,提出了对物体表面缺陷无损检测的整体设计方案,设计了检测系统的电路原理图,并进行了检测系统电路的PCB设计和信号完整性设计。实验证明该设计具有成本低、实时性好、无损检测、通用性好和易于扩展等特点,具有实际的应用价值和广阔的市场前景。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-12
  1.1 课题研究背景及意义  8
  1.2 课题的国内外研究现状  8-11
  1.3 课题研究的主要内容  11
  1.4 论文的主要内容  11-12
2 检测系统整体方案设计  12-15
  2.1 系统功能要求  12
  2.2 系统方案设计  12-14
  2.3 本章小结  14-15
3 检测系统电路设计  15-33
  3.1 核心处理器模块设计  15-21
    3.1.1 核心处理器选型  15-16
    3.1.2 TMS320DM642 芯片特点  16-18
    3.1.3 DSP 处理器配置电路设计  18-21
  3.2 图像采集模块设计  21-23
    3.2.1 图像采集元件的选型  21
    3.2.2 视频解码电路设计  21-22
    3.2.3 I~2C 接口电路扩展  22-23
  3.3 数据存储器扩展设计  23-29
    3.3.1 EMIFA 扩展外部存储器选型  23-24
    3.3.2 SDRAM 存储器扩展电路设计  24-25
    3.3.3 Flash 存储器扩展电路设计  25-26
    3.3.4 CF 卡存储器扩展电路设计  26-29
  3.4 CPLD 控制电路设计  29-30
  3.5 电源管理模块设计  30-32
    3.5.1 TMS320DM642 模块电源电路设计  30-31
    3.5.2 视频解码模块电源电路设计  31-32
  3.6 本章小结  32-33
4 检测系统 PCB 设计  33-45
  4.1 PCB 布局设计  33-34
    4.1.1 PCB 布局原则  33
    4.1.2 本设计PCB 布局  33-34
  4.2 PCB 叠层设计  34-36
    4.2.1 多层PCB 叠层设计原则  35
    4.2.2 系统PCB 叠层设计  35-36
  4.3 PCB 内电层设计  36-38
    4.3.1 电源层的分割  36-38
    4.3.2 地层的分割  38
  4.4 电源的去耦  38-39
    4.4.1 去耦电容的选取  38-39
    4.4.2 系统电源去耦  39
  4.5 系统接地技术  39-41
    4.5.1 常用接地方法比较  40
    4.5.2 本设计接地方法  40-41
  4.6 高速信号线设计  41-44
    4.6.1 3W 原则  41-42
    4.6.2 20H 原则  42
    4.6.3 布线拓扑结构设计  42-43
    4.6.4 晶振电路设计  43-44
  4.7 本章小结  44-45
5 系统信号完整性设计  45-55
  5.1 信号完整性含义  45
  5.2 高速信号传输线理论  45-47
    5.2.1 PCB 中传输线结构  45-46
    5.2.2 传输线参数  46-47
  5.3 系统信号完整性问题分析  47-49
    5.3.1 信号反射问题分析  47-48
    5.3.2 信号串扰问题分析  48
    5.3.3 同步开关噪声问题分析  48-49
    5.3.4 时序错误问题分析  49
  5.4 系统信号完整性设计  49-51
    5.4.1 改善信号反射  49-50
    5.4.2 改善信号串扰  50
    5.4.3 改善同步开关噪声  50-51
    5.4.4 系统时序设计  51
  5.5 系统PCB 信号完整性仿真  51-54
    5.5.1 IBIS 模型简介  52
    5.5.2 SpecctraQuest 仿真软件简介  52-53
    5.5.3 系统PCB 文件仿真  53-54
  5.6 本章小结  54-55
6 检测系统硬件电路调试  55-62
  6.1 系统电源模块调试  55-56
  6.2 系统时钟模块调试  56-57
  6.3 DSP 芯片调试  57-58
  6.4 SDRAM 芯片调试  58
  6.5 CPLD 控制电路调试  58-59
  6.6 Flash 芯片调试  59
  6.7 CF 卡存储电路调试  59-60
  6.8 系统整体调试  60
  6.9 本章小结  60-62
7 总结与展望  62-63
  7.1 本文工作总结  62
  7.2 未来工作展望  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-67
附录  67
  A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录  67
  B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录  67

基于DSP的表面缺陷无损检测系统设计

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