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基于DDS的涡流检测系统激励信号源的设计

作　者: 李飞
导　师: 唐炜
学　校: 江苏科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 涡流检测激励信号源直接数字频率合成单片机复杂可编程逻辑器件
分类号: TH878
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 146次
引　用: 2次
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内容摘要

涡流检测是近几年迅速发展起来的一种无损检测技术,已经在多个工业领域尤其是船舶工业中得到广泛的应用。典型的涡流检测系统由激励信号源、磁场测量装置和信号采集处理系统三部分组成。在涡流检测系统中,由激励信号源产生正弦信号或脉冲信号等对涡流传感器的探头进行激励,激励信号源是影响系统性能的关键部件之一。传统的涡流检测中,通常由LC或RC振荡电路作为信号源。但是随着涡流检测技术的发展,模拟信号源产生的信号稳定性和精度逐渐不能满足涡流检测的要求。作为近年来发展迅猛的频率合成技术,直接数字频率合成(Direct Digital Frequency Synthesis, DDS)具有频率分辨率高、转换速度快、信号纯度高、可实现程控等优点。采用DDS技术来设计涡流检测系统的激励信号源可以满足要求。本文在深入分析DDS基本原理和频谱结构的基础上,结合涡流检测系统对激励信号的要求,设计完成了一套基于单片机和复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device, CPLD)的DDS系统。本设计选用Winbond的W77E058单片机作为主控核心,用C51语言编写单片机程序,完成对DDS控制字的计算和人机接口、串口等接口电路的管理;选用Altera的CPLD芯片EPM7128LS84-15实现DDS的相位累加器和地址锁存等功能,CPLD的各个模块的设计都是在QuartusⅡ平台下由硬件描述语言(Very-High-Speed Integrated Circuit Language, VHDL)来实现;采用了触摸屏作为系统的人机接口,界面友好,操作方便。另外,还在Visual C++ 6.0平台下设计了上位机软件,可以通过串口实时更新存储器中的波形数据。本设计可以产生正弦波、方波、三角波等常规波形,也可以实现任意波形的输出。本文还对DDS系统信号波形和参数进行了测试,并进行了一定的分析。本文完成的是涡流检测系统激励信号源样机开发的前期研究工作。实验证明,本设计可以满足实验室条件下涡流检测对信号源的要求。本文最后给出了下一步工作的建议,以期进一步完善涡流检测激励信号源的性能指标。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-12
第1章绪论  12-20
  1.1 课题概述  12
  1.2 涡流检测技术  12-15
    1.2.1 涡流检测基本原理  12-13
    1.2.2 涡流检测技术的发展  13-15
  1.3 频率合成技术  15-18
    1.3.1 频率合成技术的发展  15-17
    1.3.2 DDS 的现状及应用  17-18
  1.4 本课题的主要研究内容  18-20
第2章 DDS 的基本原理和频谱分析  20-30
  2.1 DDS 的基本原理  20-22
    2.1.1 DDS 基本概念  20-21
    2.1.2 DDS 理论分析及基本结构  21-22
  2.2 DDS 的频谱分析  22-28
    2.2.1 DDS 的理想频谱分析  23-24
    2.2.2 DDS 实际输出频谱分析  24-28
  2.3 改善杂散的方法  28-29
  2.4 本章小结  29-30
第3章 DDS 激励信号源的硬件设计  30-47
  3.1 系统硬件总体设计及性能指标  30-31
  3.2 单片机与CPLD 接口电路设计  31-33
  3.3 CPLD 下载电路的设计  33-35
  3.4 DAC 接口电路设计  35
  3.5 人机接口电路设计  35-38
  3.6 模拟通道设计  38-45
    3.6.1 滤波器电路设计  38-42
    3.6.2 功率放大电路设计  42-43
    3.6.3 方波转换及幅值调节电路设计  43-45
  3.7 串口通信接口电路设计  45
  3.8 电源监控电路设计  45-46
  3.9 系统电源电路设计  46
  3.10 本章小结  46-47
第4章 DDS 激励信号源的软件设计  47-64
  4.1 系统软件总体设计  47
  4.2 软件开发环境介绍  47-49
    4.2.1 C51 及开发环境 Keil C51 μVision3 简介  47-48
    4.2.2 VHDL 及开发环境Quartus Ⅱ简介  48-49
    4.2.3 Visual C++ 6.0 开发环境简介  49
  4.3 基于C51 的单片机程序设计  49-54
    4.3.1 SPI 子程序模块  49-51
    4.3.2 串口通信模块  51-52
    4.3.3 触摸屏程序模块  52-54
  4.4 基于VHDL 的CPLD 模块设计  54-58
    4.4.1 SPI 接收模块  54-56
    4.4.2 相位累加器模块  56-58
    4.4.3 地址锁存器模块  58
  4.5 基于VC++的上位机软件设计  58-63
    4.5.1 波形采样功能的实现  59-61
    4.5.2 串口通信功能的实现  61-63
  4.6 本章小结  63-64
第5章系统实现及测试结果  64-74
  5.1 系统实现  64-69
    5.1.1 Protel 99SE 中设计电路的一般流程  64
    5.1.2 系统PCB 设计  64-67
    5.1.3 系统实物  67-68
    5.1.4 抗干扰措施  68-69
  5.2 测试结果  69-73
    5.2.1 调试现场及设备  69-70
    5.2.2 测试波形  70-71
    5.2.3 参数测试结果及误差分析  71-72
    5.2.4 调试过程中遇到的主要问题及解决方法  72-73
  5.3 本章小结  73-74
结论  74-76
参考文献  76-80
攻读硕士学位期间发表的学术论文  80-81
致谢  81-82
详细摘要  82-86

基于DDS的涡流检测系统激励信号源的设计

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