双层螺旋CT数据采集系统的设计与实现

摘要

数据采集系统(DAS)是CT机的核心技术之一，其主要功能是将来自检测器(Detector)的微弱电流信号经A/D转换后变成数字信号，整理并添加辅助信息，然后送给计算机进行处理。因此DAS的精度直接影响CT机的图像质量，DAS的速度直接影响CT机的扫描速度，而DAS的稳定性决定着CT机的稳定性，同时也是降低环境变化对CT机稳定性影响的关键因素。 双层螺旋CT是国内首创，是国家“十五”科技重点攻关项目，而数据采集系统是项目成功与否的关键技术之一。双层螺旋CT的数据采集系统包括采集执行部分和控制部分。 采集执行部分的A/D转换芯片，选用的是美国TI公司出品的高分辨率，低噪声，低积分误差，温漂小的DDC112，将来自检测器的弱电流信号经A/D转换后变成数字信号。用IDT公司出品的FIFO IDT7200作为数据的缓冲。硬件设计中采用的是：EDA行业的主流产品PROTEL99SE。 采集控制部分，选用了两片Xilinx公司的Spartan-Ⅱ型FPGA，用VHDL语言实现采集控制和数据回收整理逻辑功能的设计。针对PCI I/O读写速度慢，导致数据丢失的问题，应用了PLX公司出品的PCI I/O加速芯片PCI-9054实现DMA传输。在FPGA的开发中，应用IP核这一较先进的技术实现大容量的串并转换器，并提出采用FSM(有限状态机)完成I<'2>C总线的数据读写。 本文对采集执行部分的组成和具体实现方式进行了叙述，详细介绍了控制部分功能和实现，并对其中复杂技术及一些新想法进行重点阐述，同时给出了原理框图、部分仿真波形图、实测波形图、测试数据以及一些VHDL模块程序和C语言程序的清单。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1双层CT简介

1.2双层螺旋CT数据采集系统简介

第二章双层螺旋CT数据采集系统介绍

2.1主要器件的介绍

2.1.1 A/D转换器DDC112

2.1.2 FIFO IDT7200简介

2.2 DAS的基本结构

2.2.1数据采集主通道部分

2.2.2 X线监视通道

2.2.3数据采集接口板

2.2.4温度测量装置

2.2.5温度控制装置

第三章Spartan-Ⅱ系列FPGA的结构和特点

3.1 Xilinx公司Spartan-Ⅱ系列FPGA的结构和特点

3.2模块介绍

3.2.1输入/输出块IOB

3.2.2可配置逻辑块(CLB)

3.2.3专用RAM块

3.2.4时钟延时锁定环(DLL)

3.2.5可编程布线矩阵

第四章DMA技术在系统的应用

4.1应用DMA技术的背景

4.2主要功能器件的介绍

4.2.1 PCIIO加速器芯片 PCI-9054简介

4.2.2同步FIFO IDT 72V3670简介

4.3硬件结构

4.4关键芯片的接口时序

4.4.1 FPGA与PCI-9054接口时序

4.4.2 FPGA与72V3670接口时序

4.5 DOS平台下DMA操作的实现

4.5.1 DOS平台下任务简介

4.5.2 PCI-9054内部寄存器概述

4.5.3在DOS平台下用C语言编程实现DMA操作

4.6 DMA传输的实测结果

第五章DAS接口板的设计

5.1硬件原理图与印刷电路板的设计

5.1.1简介

5.1.2功能模块描述

5.1.3接口描述

5.2 FPGA逻辑功能介绍

5.2.1采集控制与通讯芯片

5.2.2数据回收整理芯片

5.2.3用IP核技术实现80bit串并转换器

5.2.4用FSM(有限状态机)完成I2C总线的读写

第六章结论

6.1本文的结论

6.1.1数据采集系统结构的建立

6.1.2硬件电路原理图与印刷电路板的设计

6.1.3逻辑功能的设计

6.1.4设计与实现的结果

6.2未来的研究方向

参考文献

致谢