數(shù)字化超聲波探傷儀的設(shè)計與研究

1、遼寧科技大學(xué)碩士學(xué)位論文數(shù)字化超聲波探傷儀的設(shè)計與研究姓名：周自維申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：控制理論控制工程指導(dǎo)教師：王克成20070307摘要摘要超聲波探傷是一種傳統(tǒng)的無損檢測方法，它通過分析探頭回波信號的幅度變化來確定被測物體表面和內(nèi)部的缺陷。超聲波探傷的理論和應(yīng)用技術(shù)都比較成熟，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。當(dāng)今計算機(jī)技術(shù)已經(jīng)深入到各個行業(yè)，以數(shù)字化的方式設(shè)計超聲波探傷儀可以克服傳統(tǒng)探傷方式中儀器穩(wěn)定性差、受現(xiàn)場干擾影響大等諸多不利因素，使儀器性能得以大幅度提高。依靠數(shù)字技術(shù)，町以對信號作更加細(xì)致和更加深入的分析，結(jié)合信號處理和信號諺別理論，能夠使探傷儀具備人工智能的特點。本文以數(shù)字化超聲波探傷儀的

2、設(shè)計為目標(biāo)，從硬件和軟件兩個方面展開敘述。首先介紹了探傷儀器的模擬信號放大和采集電路、網(wǎng)絡(luò)控制器的硬件電路設(shè)計和及周邊器件的電路設(shè)計，然后對【防議的基礎(chǔ)理論做了詳細(xì)的分析，最后對嵌入系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行在系統(tǒng)之上的應(yīng)用程序給出了詳細(xì)的描述。出于對探傷系統(tǒng)完整性的考慮，本文還比較簡略的對探傷系統(tǒng)的上位機(jī)管理程序做了介紹，使讀者可以更好的從整體上理解探傷系統(tǒng)的工作方式。本文的核心是探傷儀的硬件和軟件設(shè)計，同時作者花了較大的篇幅對探傷儀的前期設(shè)計方案進(jìn)行了介紹，作者認(rèn)為，掌握具體的軟硬件設(shè)計的技術(shù)細(xì)節(jié)固然重要，但是如果能夠從更高的層次和更廣闊的范圍看待問題和解決問題，無疑會給技術(shù)人員的科研和設(shè)計工作帶

3、來巨大的幫助。關(guān)鍵字超聲波探傷，獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得遼寧科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料，與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。簽名：障翻期：幽關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本人完全了解遼寧科技大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被套闐和借閱：學(xué)校可以公布論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。（保密的論文在解密后應(yīng)

4、遵守此規(guī)定）簽名：撇導(dǎo)師簽名：罩隧培日期：勉砂遼寧科技大學(xué)碩士涂第一章緒論無損檢測是在不損壞被檢測材料物理特性的前提下，對被檢驗材料的表面或內(nèi)部進(jìn)行檢查的一種溺試手段，無損稔鋇方法可分為六大類約余種。但在實際應(yīng)用中比較常見的有以下幾靜：超聲檢測、射線檢測、磁粉檢測、滲透檢測、渦流檢測三及各種非常規(guī)無損檢測手段如聲發(fā)射、泄漏檢測、光全息照租、紅外熱成象、微波檢測等。超聲波檢測是無損檢測的主要方法之一，他相關(guān)理論和技術(shù)成熟、探測靈敏度高、設(shè)計周期短、設(shè)計成本低、靈活方便、效率高。其探測方法是利用材料本身或內(nèi)部缺陷的聲學(xué)性質(zhì)對超聲波傳播的影響，非破壞的探測材料內(nèi)部和表面的缺陷的大小、形狀、分布狀況以

5、及測定材料的性質(zhì)，可以對工件內(nèi)部及表面多種缺陷（焊縫、裂紋、夾雜、氣孔等）進(jìn)行檢測、定位、評估和診斷，從而預(yù)防和避免安全事故的發(fā)生，因此這種檢測方法具有重大的社會經(jīng)濟(jì)意義，主要應(yīng)用在鍋爐、壓力容器、航空航天、電力、石油、化工、管道、軍工、船舶制造、汽車、冶金、金屬加工業(yè)、鋼結(jié)構(gòu)、鐵路交通和核能電力等領(lǐng)域。隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，超聲波信號的數(shù)字化采集和分析成為可能，目前國內(nèi)外在超聲波檢測領(lǐng)域都向著數(shù)字億方向發(fā)展，數(shù)字式超聲波檢測儀器的發(fā)展速度很快。國內(nèi)近幾年也相繼出現(xiàn)了許多數(shù)字式超聲波儀器和分析系統(tǒng)。國際上對趣聲波檢測數(shù)字化技術(shù)的研究非常重視，國外生產(chǎn)類似產(chǎn)品和研究的公司有美國的泛熒（）公司

6、、公司，加拿大的公司，德圈的公司、法國的公司和玨班牙的公司等，上述這些公司生產(chǎn)的超聲波檢測采集、分豐廳和成像處理系統(tǒng)的技術(shù)水平較高，在世晃上處于領(lǐng)先水平。國外已把以上采樣頻率的高速技術(shù)用于超聲波信號的采集，大容量緩沖技術(shù)也達(dá)到一定的水平，信號的分析和成像處理已實現(xiàn)、掃描。雖然國內(nèi)已開展這方而的研究與開發(fā)，但是在技術(shù)應(yīng)用七還是存在一定的差距。因此，開展該項技術(shù)的研究，如何把高速技術(shù)、大容量緩沖技術(shù)以及信號的處理、分析技術(shù)進(jìn)行，發(fā)和研究，并應(yīng)用到超聲波檢測的工程需要上去，是一項具有現(xiàn)實意義的課題，它可提高我國無損檢測技術(shù)水平，跟上世界先進(jìn)的現(xiàn)代檢測技術(shù)步伐，使我慝超聲波榆淵水平上一個臺階。第一章鰭

7、論。超聲波探傷的基本原理和探傷方法超聲波探傷的基本概念聲波是彈性介質(zhì)中的機(jī)械波，人們能夠聽到的聲波頻率范圍是一（赫茲），聲波的頻率超過時，入耳就呀不到了。我們稱頻率范圍從到范圍內(nèi)的聲波叫次聲波，而稱到。范萄內(nèi)的聲波為超聲波波的形式在介質(zhì)震動過程中，質(zhì)點并不隨著波動前進(jìn)，而以交變的方式在各自的平衡位置附近震動，兩質(zhì)點的震動方向與波的傳播方向不一定相弼。如果介質(zhì)的震動方向與波的傳播方向相同我們就稱此類波為“縱波”，如果介質(zhì)的震動方向與波的傳播方向垂直，我們就成此類波為“橫波”，橫波又叫切變波。對于固體來說，固體表面受到交替變化的表面張力，使介質(zhì)表面的質(zhì)點發(fā)生裾應(yīng)的縱向震動和橫向震動，絡(luò)柒造成質(zhì)點做

8、這兩種震動酶合成震動，即繞其平獺點位置做橢圓震動，橢圓震動又作用于相臨質(zhì)點而在介質(zhì)表面?zhèn)鞑?，理論和實踐表明，當(dāng)表面波傳播的深度等于兩個波長時，質(zhì)點震動的振幅已經(jīng)很小了，因此可以認(rèn)為這種波只在固體表面?zhèn)鞑?，稱為“表面波”。壓電效應(yīng)應(yīng)用超聲波探傷，首先解決的問題就是如河發(fā)射和接收超聲波，通過使用超聲波換能器可以解決這個問題。換能器是使其他形式的能量轉(zhuǎn)換成超聲能量（發(fā)射換能）或使超聲能量轉(zhuǎn)換成其他形式的能量（接收撅能）的裝罨，麗實際應(yīng)用的是聲電、電聲轉(zhuǎn)換，通常所說的探頭就是這種聲電轉(zhuǎn)換的換能器。當(dāng)一個電脈沖作用到探頭卜時，探頭就發(fā)射超聲脈沖，反之當(dāng)一個超聲脈沖作用到探頭上時，探頭就產(chǎn)生一個電脈沖。這

9、種電聲之問的轉(zhuǎn)換主要是利用壓電效應(yīng)實現(xiàn)的。有些單晶和多晶陶瓷材料在應(yīng)力（壓力或張力）作用下產(chǎn)生應(yīng)變時，晶體中就產(chǎn)生極化或電場，這鼬效應(yīng)叫正壓電效應(yīng)，相反，當(dāng)晶體處于電場中時，由于極化作用，在晶體中就產(chǎn)生應(yīng)變或應(yīng)力，這種效應(yīng)叫逆壓電效應(yīng)，難、逆壓電效應(yīng)統(tǒng)稱壓電效應(yīng)。在有壓電效應(yīng)的晶體中，又可以分為壓電尊晶體和壓電陶瓷。壓電單晶體寧科技學(xué)碩士設(shè)五第一章結(jié)論圖石英單晶體示意罄工業(yè)探傷用的壓電單晶體有石英、酒石酸鉀鈉、硫酸鋰、鈮酸鋰等，在上圖中為石英單晶體，石英晶體屬于三角晶系，他有三個極化毫由，（圖中只標(biāo)出一個軸）和一個光軸，其中軸又稱為電軸，也就是說，沿此方向施加壓力時，產(chǎn)生的壓電效應(yīng)最顯著，所謂

10、光軸措的是光學(xué)對稱輔。當(dāng)將晶體沿著方向壓縮（，或）由于內(nèi)部分子之問的擠壓，結(jié)果由于正負(fù)電荷對稱中心的移動，在上表露就呈現(xiàn)出丑三電荷，磊在下表面就呈現(xiàn)出負(fù)電荷，就出現(xiàn)縱向電荷效應(yīng)或橫向電荷效應(yīng)。當(dāng)從石英晶體中沿著特定的方向切割出晶片時，該晶片就顯示出良好的壓電效應(yīng)。壓電陶瓷：壓電陶瓷是由許多小晶粒組成的多晶體，只前應(yīng)用最廣泛的碰電陶瓷有鈦酸鋇、鐵酸鉛、鎬鈦酸鉛等，其品胞是鈣鈦礦整晶胞。當(dāng)溫度高于一定溫度。時，它屬于立方晶體，而溫度底于該溫度時屬于四方晶體，壓電陶瓷晶胞類型隨溫度的這種變化叫相變，溫度。叫相變溫度，電叫居里點。壓電陶瓷在某溫度會產(chǎn)生正受電荷的不對稱性，從而出現(xiàn)極化，這種極化是由于外

11、加電場引起的，稱為自發(fā)極化。在相變過程中晶胞的三個晶軸中的任何個都可能成為四方晶胞較長的品軸，所以相變后各個晶胞的自發(fā)極化取向可能是彼此不擁同的，但是由于要取最底能態(tài)，所以晶粒中會出現(xiàn)若干自發(fā)極化方向一致的小區(qū)域，叫做電疇。在外電場鮑作用下，晶體中的電疇可以轉(zhuǎn)向，麗當(dāng)外電場去掉后基本保持不交。使用不同的外電場使電疇重新取向叫做極化處理，經(jīng)過極化處理之后的壓電陶瓷的總體極化強(qiáng)度不再為零，這樣壓電效應(yīng)就產(chǎn)生了。劉于不同的壓乜材料有其備自的壓電方程反映不同的壓電效果，其中遼科技大學(xué)碩士論疋第老緒玲涉及到許多物理方面的參數(shù)和計算，比如不同晶體的壓電應(yīng)變常數(shù)、壓電電壓常數(shù)、壓電應(yīng)力常數(shù)、壓電勁度常數(shù)、介

12、電常數(shù)、介質(zhì)隔離率、彈性柔順常數(shù)等等，浚幫分內(nèi)容比較煩瑣，麗且不是本文討論的重點，因此不做詳細(xì)介紹，需要了解該方面的問題請參閱有關(guān)專著?？偟膩碇v，利用壓電介質(zhì)的壓電效應(yīng)我們可以完成電信號和聲信號之間的轉(zhuǎn)換。探傷方法：超聲波探傷法是利用超聲波在物體中傳播的一些聲學(xué)特性來發(fā)現(xiàn)物體內(nèi)部不連續(xù)性（郎通常所說的缺陷或傷）的一種方法，探傷法的分類有很多，根據(jù)聲偶合方式可以分為接觸法和液浸法兩大類；按聲波傳播方式可以分為反射法和透射法兩大類，按聲波激勵方式可以分為脈沖波、連續(xù)波和調(diào)頻波等探傷法，按波形又可以分為縱波、橫波、表面波和板波等探傷法。利用級波進(jìn)行探傷的方法稱為縱波探傷法，是超聲波探傷中較為普遍，易

13、于掌握的方法。其工作原理如圖所示。始波探頭探測面作缺帑底麗宸渡圖縱波探傷法原理示意圖上述搽傷過程箍介探頭放置在探測面脈沖激勵的超盧脈沖通過偶合劑偶合進(jìn)入【：件，如果工件中沒有缺陷，脈沖可以一直傳播到工件的底面，如果底面光第一章緒論滑且平行于探測面，按照反射原理，超聲脈沖被底面反射而返回探頭，探頭又將返回的聲脈沖變?yōu)殡妷好}沖。如果工件中有缺陷，超聲脈沖的一部分被缺陷反射回探頭，其余部分到達(dá)底面后再返回探頭。在探傷過程中，當(dāng)搽頭被激勵而向工件發(fā)射超聲波時激勵脈沖也被反饋到接收電路部分，同時時間基線開始掃描，因此在對問基線的開始端出現(xiàn)一個很強(qiáng)的脈沖波形，稱之為“始波”。當(dāng)探頭接收到底面返回來的聲波時

14、，時間基線的右邊相應(yīng)出現(xiàn)一個表示底蘑反射的脈沖波形，稱之為“底波”。時間基線從始波掃攢到底波所需要的時間正好等于超聲脈沖從探頭到底面又返回探頭所傳播的時間，因此從始波到底波之問的距離代表了工件的厚度。如果工件中有缺陷，探頭接收到缺陷反射回的聲波時，時間基線上相應(yīng)呈現(xiàn)出一個代表缺陷的脈沖波，稔之為“缺陷波”或“傷波”。從始波掃描到缺陷波所需要的時間詎好等于超聲脈沖從探頭到缺陷又返回探頭的傳播對間。顯然缺陷所經(jīng)歷時間小于底波所經(jīng)歷時間，故缺陷波應(yīng)位于始波與底波之間。超聲波探傷工作方式示意圖在實際的工作中，由于工件探測面一般較大，探傷系統(tǒng)通常由幾十至上百個探頭縫成，并配合相應(yīng)的機(jī)械和電控部件組成探傷

15、系統(tǒng)，通過控制機(jī)械位置并結(jié)合偶合劑使探頭和工件偶合，進(jìn)而完成探傷工作，其具體工作方式如圖所示”。圖實際探傷過程中探頭和一。：件的機(jī)械位置示意圖傳統(tǒng)探傷領(lǐng)域中數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)無處不在，而計算機(jī)技術(shù)的慕礎(chǔ)就是將處理對象進(jìn)行數(shù)字化處理，沒有數(shù)字恍的處理對象計算機(jī)技術(shù)將無從談起。在探傷過程中，最重要的過程是傷（或缺陷）的判別（以下簡稱判傷）。探傷的方式基本分為舀動探傷和手動探傷，其中手動探傷是通過探傷儀的波形顯示界面人為對傷信弓進(jìn)行判別，麗探傷方式中發(fā)展最快的是自動化探傷，所謂囊動化探傷就是從探傷機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動、傷信號的采集、數(shù)據(jù)信號的通信和傷第掌緒論的識別全部用計算機(jī)控制實現(xiàn)，因此極大的提

16、高了工作效率。在自動化探傷過程中的數(shù)字化處理應(yīng)該將三個最主要的處理過程都進(jìn)行數(shù)字化處理，才能夠?qū)崿F(xiàn)自動仡探傷的目標(biāo)。這三個過程是信號采集、信號道信和信號處理（信號識別），而在這三個過程中面臨的最核心的問題是系統(tǒng)的工作速度【，引。數(shù)字信號的快速采集信號艴采集主要由下述幾個步驟組成：模擬信號發(fā)生、模擬信號的放大、模擬信號濾波檢波、采集，最終轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。信號采集指將探頭接收回來的模擬信號通過轉(zhuǎn)換（模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號），轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號的過程，在轉(zhuǎn)換過程中有兩個非常重要的指標(biāo)需要關(guān)心，其一是轉(zhuǎn)換的精度，其二是轉(zhuǎn)換的速度。信號采集的整個過程的描述如圖所示。號圖信號采集過程根據(jù)前面超聲波探傷原理的描

17、述，從探頭傳播回來信號實際是一個！弦波，它是經(jīng)發(fā)射探頭發(fā)射后反射回接收探頭的部分。該弦波的頻率由發(fā)射探頭決定。如果目前所采用的探頭為探頭，即探頭發(fā)射的弦波為頻率，根據(jù)香農(nóng)采樣定理的理論描述（下一章介紹）的要求，進(jìn)行轉(zhuǎn)換的頻率最低不能低于。數(shù)字信號的快速處理模擬信號的數(shù)字化處理給探傷自動化帶來革命性的變化，能夠進(jìn)行快速數(shù)字信號處理的器件有多種，基本上可以分成三類，即單片機(jī)通用處瑗器。，。單片機(jī)通用處理器是最早實現(xiàn)數(shù)字化處理的運(yùn)算器件，其發(fā)展最早，應(yīng)用范圍最廣，技術(shù)最成型的一類數(shù)字器件，但是通常比較難適應(yīng)高速的運(yùn)算和處理，針對高速的信號運(yùn)算和處理的需求（比如語音處理和圖象處理等），最近發(fā)展的比較快

18、的是數(shù)字信號處理器。數(shù)字信號處理器（）是用來完成快速數(shù)字信號處理的具有特殊結(jié)構(gòu)的一種微處理器。對信號的實時處理提供強(qiáng)大的運(yùn)行平臺，能夠保證系統(tǒng)在有限的時間內(nèi)對接收到的信號完成指定的處理即信號的處理速度大于或等于輸入信號更新的速度，而且從信號輸入到處理后的信號輸出的延時必須足夠小。數(shù)字信號處理器的任務(wù)通常要完成大量的實時運(yùn)算，如經(jīng)常使用的卷積、等，由于其結(jié)構(gòu)普遍采用特殊的哈佛總線結(jié)構(gòu)和流水線程序工作方式，在相同的時鐘頻率和芯片集成度下完成運(yùn)算的速度比通用處理器快個數(shù)量級器件一般具有以下幾個特點：（）在一個周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法；（）程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)；（）片內(nèi)具有

19、快速，通?？赏ㄟ^獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時訪問；（）具有低丌銷和無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持；（）快速的中斷處理和硬件支持；（）具有在單周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器；（）可以并行支持多個操作；（）支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以并行執(zhí)行【。芯片的不同生產(chǎn)商開發(fā)的不一型號的芯片各有特點，其中（）公刊的一簽片應(yīng)用范圍最為廣泛是業(yè)界的領(lǐng)頭羊，該公司于年代初第一個推出了商用的。典型代表產(chǎn)品是的系列，其中包括定點系列產(chǎn)品、浮點系列產(chǎn)品和多處理器系列產(chǎn)品，每一系列的中又有許多不同的型號，每一個系列的適應(yīng)于不同的應(yīng)用領(lǐng)域。可編程邏輯器件可編程邏輯器件隨著微電子制造藝的發(fā)展取得了長足的進(jìn)步。今天已

20、經(jīng)發(fā)展成為可以完成超大規(guī)模的復(fù)雜組合邏輯與時序邏輯的復(fù)雜可編程邏輯器件）和現(xiàn)場可編程邏輯器件（）。隨著工藝技術(shù)的發(fā)展與市場需要，超大規(guī)模、高速、低功耗的新型斷推陳出新。第一章緒論新一代的甚至集成了中央處理器（）或數(shù)字處理器（）內(nèi)核，在一片上進(jìn)行軟硬件協(xié)同設(shè)計，為實現(xiàn)片上可編程系統(tǒng)（，）提供了強(qiáng)大的硬件支持。和都是可編程邏輯器件，其實現(xiàn)方式略有不同，廣義上講，可編程邏輯器件是指一切通過軟件手段更改、配置器件內(nèi)部連接結(jié)構(gòu)和邏輯單元，組成既定設(shè)計功能的數(shù)字集成電路。既繼承了（專門用途集成電路）的大規(guī)模、高集成度、離可靠性的優(yōu)點，又克服了設(shè)計周期長、投資大、靈活性差的缺點，逐步成為復(fù)雜數(shù)字硬件電路設(shè)計

21、的理想選擇。當(dāng)前有以下特點。（）規(guī)模越來越大。隨著（超大規(guī)模集成電路）工藝的不斷提高，單一芯片內(nèi)部可以容納上百萬個晶體管，芯片的規(guī)模也越來越大。單片邏輯門數(shù)已愈千萬，如的的已經(jīng)達(dá)到千萬門的規(guī)模。芯片的規(guī)模越大所能實現(xiàn)的功能就越強(qiáng)同時也更適于實現(xiàn)片上系統(tǒng)（）。（）開發(fā)過程投資小。芯片在出廠之前都傲過嚴(yán)格的測試，而且設(shè)計靈活、發(fā)現(xiàn)錯誤時可直接更改毆計，減少了投片風(fēng)險，：常省了許多潛在的花費(fèi)。所以不但誨多復(fù)雜系統(tǒng)使完成，甚至設(shè)計時也要把實現(xiàn)功能樣機(jī)作為必需的步驟。（）一般可以反復(fù)地編程、擦除。在不改變外圍電路的情況下，設(shè)計不同片內(nèi)邏輯就能實現(xiàn)不嗣的電路功能。所以，用試制功能樣機(jī)，能以最快的速度占領(lǐng)市

22、場。甚至在有些領(lǐng)域，因為相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議發(fā)展太快，設(shè)計跟不上技術(shù)的更新速度，只能依靠完成系統(tǒng)的研制與丌發(fā)。（）開發(fā)工具智能化，功能強(qiáng)大?，F(xiàn)在，開發(fā)：具種類繁多、智能化高、功能強(qiáng)大。應(yīng)用各種工具可以完成從輸入、綜合、實現(xiàn)到配置芯片等一系列功能。還有綴多工具可以完成對設(shè)計的仿真、優(yōu)化、約束、在線調(diào)試等功能。這些具易學(xué)易用，一丁以使設(shè)計人員更麓集精力進(jìn)行電路設(shè)計，快速將，品推向市場。（）新型內(nèi)嵌或內(nèi)核，支持軟硬件協(xié)同設(shè)計、可以作為片上可編程系統(tǒng)（）的硬件平臺。（）新型內(nèi)部內(nèi)嵌高性能的。通過這些（知識產(chǎn)權(quán)）可以完成某些高速復(fù)雜設(shè)計提離系統(tǒng)的工作頻率與效能，搜避了研發(fā)風(fēng)險，加速了研發(fā)進(jìn)程，。數(shù)字信號的快速通

23、信由于接收到的信號不但要在設(shè)備本身進(jìn)行存儲、判傷、傳輸?shù)确矫娴奶幚恚€要將大量的探傷數(shù)據(jù)傳送到計算機(jī)以便進(jìn)行海量存儲、分析、管理等工作，因此探傷儀和計算機(jī)的通信接口的設(shè)計十分重要。探傷儀和計算桃之間的接：從總體的需求上要滿足快速性、可靠性、通信鏈路要足夠長，同時接口設(shè)計要簡單，計算機(jī)端和探傷儀雙方的程序設(shè)計要規(guī)范。因此數(shù)據(jù)通信的接：應(yīng)該采用計算機(jī)自帶的標(biāo)準(zhǔn)接口，這樣才便于硬件和軟件設(shè)計。課題的研究內(nèi)容。本課題的研究目標(biāo)是建立一個具有通用快速網(wǎng)絡(luò)接口的高速信號采集單元，該單元不但具備高速信號采集功能，還具備和計算機(jī)進(jìn)行籀速數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。在進(jìn)行具體的設(shè)計之前，本人還提出了為完成本課題而提出的各種

24、設(shè)計方案，并針對各靜設(shè)計方案進(jìn)行比較，從而使讀者能夠更加深入的領(lǐng)會本人的設(shè)計思想和設(shè)計理念。課題研究內(nèi)容與難點課題研究的主要內(nèi)容包括：（）高速數(shù)字信號處理的實現(xiàn)方案。（）多通道高速模擬信號采集的電路設(shè)計。（）的器件的應(yīng)硐電路設(shè)計。（）以太網(wǎng)控制器的應(yīng)用電路設(shè)計。（）使用軟核實現(xiàn)片系統(tǒng)從而完成信號采集和網(wǎng)絡(luò)通信。課題的難點：（）其有高速采集功能的模擬信弓電路沒計根據(jù)探傷行業(yè)國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，探傷同波信號要采用采樣頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，該部分是典型的模擬，數(shù)字混合系統(tǒng)，其電路設(shè)計、瀕試和編程的難度很高，同時器件規(guī)模大（引腳封裝），在設(shè)計過程中從原理圖的設(shè)計到電路板布線到器件的焊接，信號的調(diào)試和程序的調(diào)試

25、都具有較大難度（）片上系統(tǒng)實現(xiàn)和的實現(xiàn)片上系統(tǒng)是當(dāng)今最熱門，最有發(fā)展?jié)摿Φ膽?yīng)用領(lǐng)域，隨著技術(shù)的第一章緒論發(fā)展和嵌入式操作系統(tǒng)如的發(fā)展，嵌入系統(tǒng)（硬牛和軟件）的發(fā)展進(jìn)入消費(fèi)電子領(lǐng)域，這給嵌入系統(tǒng)的發(fā)展帶來，“闊的應(yīng)用方向，因此該領(lǐng)域的研究隱藏著巨大的經(jīng)濟(jì)價值。在向移植過程中，要對軟核的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、指令非常熟悉，同時還要使用高級語言（如語言）進(jìn)行程序設(shè)計，因此要求設(shè)計人員具備一定軟件設(shè)計思想和設(shè)計能力。（）以太網(wǎng)控制器的電路設(shè)計和協(xié)議使用驅(qū)動程序位于硬件抽象層，是跟硬件緊密相關(guān)的軟件。同時要對基于網(wǎng)絡(luò)控制器之上的通信協(xié)議進(jìn)行使用，因此對軟件協(xié)議要有定的了解，不僅要深刻掌握網(wǎng)絡(luò)芯片的工作機(jī)制和控制流程

26、，而且還要對的肉部結(jié)構(gòu)和開發(fā)模式有深刻的認(rèn)識。本文內(nèi)容編排論文共分為個部分：第一章：緒論即本章，介紹了本課題的背景、意義、研究的內(nèi)容和難點。第二章：數(shù)字化超聲波搽傷儀設(shè)計方案該章深入分析了不同信號處理器的技術(shù)特點，根據(jù)設(shè)計要提出了不嗣的技術(shù)路線和致計方案并進(jìn)行對比，最后結(jié)合本設(shè)計的實際特點選擇適合的方案。第三章：數(shù)字化超聲波探傷儀的電路設(shè)計闡述了數(shù)字化超聲波探傷儀的總體結(jié)構(gòu)和儀器模擬、數(shù)字部分的器件選取以及具缽電路實現(xiàn)。筇四章：數(shù)字化超聲波探傷儀通信軟件設(shè)計闡述了本系統(tǒng)的軟孛沒計，包括協(xié)議墓確理淦的論述、軟核處理器的介紹和使用，嵌入式操作系統(tǒng)，的結(jié)構(gòu)和移植過程以及通信應(yīng)用程序的實現(xiàn)。第五章：上

27、位機(jī)程序設(shè)計和技術(shù)總結(jié)。簡要的介紹了上位楓應(yīng)用程序的功能和設(shè)計流程，并且對整個設(shè)計進(jìn)行最后的技術(shù)總結(jié)。遼亨車尋技文學(xué)碩士論文第二牟數(shù)字化超聲波探傷值設(shè)計萬襲第二章數(shù)字化超聲波探傷儀設(shè)計方案本文敘述的數(shù)字化超聲波探傷儀設(shè)計實際上是采用新的技術(shù)手段對傳統(tǒng)的探傷設(shè)備進(jìn)行的重新設(shè)計，這種設(shè)計帶來的變化是革命性的，同時新技術(shù)新方法的采用必須首先滿足原有功能和性能，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)更加優(yōu)良的性能。數(shù)字化超聲波探傷儀結(jié)構(gòu)描述在實際的探傷現(xiàn)場中，被檢測工件的面積和形狀可能是各種各樣的，探傷系統(tǒng)通常由幾十到上百個探頭組成，而且不圖的現(xiàn)場變化較大。為了整個探傷系統(tǒng)的實現(xiàn)合理化和簡便化，在該設(shè)計中，將數(shù)字化超聲波探傷

28、儀設(shè)計成探傷單元綴的形式，其中每個探傷單元由個到個探頭組成，具有完全獨(dú)立的探傷功能，能夠完成獨(dú)立的撿測工作，這樣可以方便的根據(jù)現(xiàn)場的需求增加或減少單元的個數(shù)，使得系統(tǒng)的擴(kuò)展和使用方便靈活。多個探傷單元之間的連接各個不同的探傷單元之間使用網(wǎng)絡(luò)集中設(shè)備進(jìn)行連接，結(jié)構(gòu)清晰，擴(kuò)展方便并且通用性好，組成結(jié)構(gòu)如圖所示。圖數(shù)字化超聲波攘傷技的單元邏輯組成鏈路每個探傷單元從功能結(jié)構(gòu)上劃分主要可以分為模擬信號產(chǎn)生、數(shù)字信號采集處理和數(shù)字信號通信三部分，這三部分各自有著不同的特點和技術(shù)實現(xiàn)手段，本章著重介紹這部分的工作需求和特點，并亂給出了實現(xiàn)這第二草數(shù)字化起聲波探傷儀設(shè)計方案三部分的不同設(shè)計方案并進(jìn)行比較。探傷

29、單元模擬信號的要求和指標(biāo)超聲波探傷的基本知識和原理在前一章已經(jīng)給出，下面給如超聲波探傷行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的儀器功能和性能需求，并在此基礎(chǔ)上明確設(shè)計方案儀器模擬部分性能指標(biāo)根據(jù)探傷行業(yè)和國家標(biāo)準(zhǔn)，探傷斡元模擬部分的性能至少要滿足如下性能指標(biāo)）探頭數(shù)目：；）發(fā)射電壓：；）阻抗：）脈沖寬度：）重復(fù)頻率：；）增益衰減：，步長；）接收帶寬：；）動態(tài)范圍：）探傷靈敏度余量：；）分辨率：；）電噪聲電平：；）垂直線性：；）永平線性：；）采樣頻率：可選；）采樣分辨率：可選。上述技術(shù)指標(biāo)描述了探傷行業(yè)中超聲波信號的回波信號應(yīng)該具備的技術(shù)指標(biāo)，在滿足七述技術(shù)指標(biāo)的前提下，才能通過回波信號對被探工件的內(nèi)部特性作出準(zhǔn)確的分析。模

30、擬部分的設(shè)計結(jié)構(gòu)描述對于模擬部分，首先是探頭的激發(fā)，由于探頭采用壓電陶瓷制成，因此首先需要一個高匿脈沖對探頭進(jìn)行激發(fā)，這個高壓脈沖應(yīng)浚之間，才能保證激發(fā)效果，同時要對激發(fā)后產(chǎn)生的回波信號進(jìn)行接收，由于目前采用的大部分是雙晶探頭，即激發(fā)和回波接收在同一個探頭上完成，因此發(fā)送接故之間的機(jī)械位置關(guān)系不需要考慮。其結(jié)構(gòu)如圖所示。第二革數(shù)尋化逭聲波探怖儀受汁方案圖探傷單元模擬部分的設(shè)計結(jié)構(gòu)圖信號激發(fā)之后是回波信號的放大，由于探頭獲取的回波信號非常微弱，其幅度通常在，而合成電路的噪聲也可以達(dá)到口級，所以在信號合成以前必須進(jìn)行前置放大。對前置放大器的基本要求有以下幾點：）要求放大器的輸入阻抗等于饋線的終端負(fù)

31、載阻抗。否則有兩個后果：一是探頭接收的信號有部分會被反射而不能被放大器接收：二是造成重影。）動態(tài)范圍大，要在以上。）功率增益大，噪聲系數(shù)小。功率增益要求在以上，噪聲系數(shù)盡量接近，因此放大器采用公司為超聲成像設(shè)備開發(fā)的低噪聲寬帶可變增益放大器進(jìn)行設(shè)計。）數(shù)字信號采集部分，由于回波信號的頻率很高，因此模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的轉(zhuǎn)換精度和速度也必須足夠高。在進(jìn)行數(shù)字信號聚集時，采集頻率的確定要有明確的標(biāo)準(zhǔn)才能保證接收到的數(shù)字信號能夠真史反映網(wǎng)波的狀態(tài)。遼科技大學(xué)碩士涂又第二章數(shù)牢化超聲波探傷儀設(shè)計方案對模擬信號進(jìn)行采樣時要滿是的條牛對于模擬信號來講在沒有任何附加條件下，無法用唯一的一組等間隔的樣本傻來表鏈一個連

32、續(xù)信號，因為在給定的時間閶隔上，有無限多個信號可以產(chǎn)生一組相同的樣本，然而如果連續(xù)信號是帶限信號，且樣本取的足夠密集，那么該信號就能夠唯一建出其樣本緩來表征，麗且能夠從這些樣本值完全恢復(fù)出原信號。連續(xù)抽樣定理，】敘述如下：設(shè)矗）是一帶限于。的連續(xù)帶限售譬，即（）；?！旧w（甜）】，旦（），甜。，其中是連續(xù)傅立葉反變換，其具體變換關(guān)系如下（哪）（）】昏秘（）御腳）】。去拶“如（如果抽樣間隔玨滿足：旦或；娶（）剛似就唯一豹由其樣本值，？諺，所確定。從得到樣本值工，是通過圖所示的連續(xù)時間沖擊串抽樣來實現(xiàn)的，帶隈信號茹彤與饜期為的孛擊串相泵，得鸚一執(zhí)樣信號），即），蕻中（）；口）一（）（）坤一圖連續(xù)時間

33、沖擊抽樣（）也是一個沖擊串，每個沖擊的強(qiáng)度等于石以始為隔的樣本值，即。）一（）（）（）遼寧科技大學(xué)碩士論叉第二章數(shù)字化超聲波探傷戧設(shè)方案圖畫出了對于某個（進(jìn)行沖擊串抽樣的時域波形，在時域中由這些樣本值就能夠充分表示整個信號工。為了能夠證明，可從頻域上來考察上述沖擊串抽樣過程。根據(jù)式，周期沖擊串的頻譜為（珊）螂仃（凹）（）（）沖擊串抽樣信號波形（）信號相應(yīng)的頻譜圖連續(xù)時間沖抒串抽樣的時域和相應(yīng)的頻域圖利用頻域卷積性質(zhì)，可得到勛的頻譜（）為劫去扣）娜墨以矗嬲去娶一濰）（）上式表明（）的頻譜是的周期復(fù)制并乘以（，通常把的肖。稱為似的像，圖畫出了上述抽樣過程的頻譜。由圖叮以看出，如果抽樣頻率，不小于，

34、已抽樣信號的頻譜是俐無重疊的周期重復(fù)，只要滿足式的條件，從頻域上看州）如實地在抽樣頻率，的整數(shù)倍頻率卜重現(xiàn)，就盯以用一個低通濾波器把似從工。中完全恢復(fù)重建出米，該低通濾波器的頻率響應(yīng)為為，?。海?；籌，”“峪一，反之，若不滿足式的條件，在砌的頻譜中，和他的像會產(chǎn)生重疊，如圖所示，將無法再從（）中恢復(fù)出原信號。這種情況遼可科技尤學(xué)硬：論第二章故字化遙聲扳濂傷設(shè)曖計萬霉稱為欠抽樣。圖抽樣頻率過低的情況己抽樣信號的恢復(fù)由圖中可以看出，己抽樣信號通過式表示的低通濾波器輸出頻譜為肝（）；助（甜）。（）（）按傅立時變換的時域卷積性質(zhì)，低通濾波器輸出為，）。（）。）（）其中，濾波器單位沖擊響應(yīng)，即（）的反傅立

35、葉變換，有釓（）：竺婦（州）（）如采，：，則有南）（，將上式和式代入式，將有塒瑩（）（一）】詈鼬）譬奎（惻酬（）在，的條件下，如栗選。：則并不影響上式的結(jié)果，將有坤，耋睜一）】，。，上述兩個公式描述了如何在樣本值之間擬臺出一條連續(xù)曲線，在數(shù)學(xué)上稱之為內(nèi)插公式，這種內(nèi)插稱為理想帶限內(nèi)插，式的濾波器則稱之為理想內(nèi)插濾波器。通過內(nèi)插公式我們就町以用采樣的數(shù)字信號很好的重構(gòu)出原來的模擬信號。通過一述理論性分析我們知道，如果要對模擬信號進(jìn)行數(shù)字化，那么數(shù)掘采集的頻率至少是信號最高頻率的倍，這樣彳。能保證采集割的數(shù)字信號能夠真實反映原有模擬信號的特征，也就是說，如果采用探頭（探頭發(fā)射頻率為的正弦波），則對

36、浚信號的采樣頻率不能低于。第二章數(shù)等化趨聲波霖傷值設(shè)計力寨但是如果采用倍最高頻率采集，則需要通過內(nèi)插運(yùn)算才能重構(gòu)出原始信號，而且這種重構(gòu)運(yùn)算需要對每個采集點都要進(jìn)行，這樣的計算量幾乎對髫前的任侮處理器無法承受。同時，盡管發(fā)射探頭的發(fā)射頻率固定，但是該頻率并不等同于發(fā)射信號的最高頻率，因此信號采集的頻率按照探頭發(fā)射頻率的兩倍計算是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。通過目前的實驗觀察，采集頻率在探頭發(fā)射頻率的倍左右能夠比較好的反跌原始信號的特點。探傷單元數(shù)字采集和處理部分需求描述超聲探傷的信號處理性能指標(biāo)信號采集要處理的計算量和計算速度要求根據(jù)上述模擬部分要實現(xiàn)的效果和超聲波探傷國家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，基本的自動化探傷系統(tǒng)

37、在時間上要足夠快速。每個通道要求的處理時淵取決于探頭移動速度和探頭脈沖發(fā)射頻率，探頭移動速疫快則每個通道發(fā)射頻率高，以下列基本數(shù)據(jù)為例。探頭移動速度：當(dāng)探傷速度為米，都。每通道發(fā)射脈沖重復(fù)頻率：重復(fù)頻率時，即探傷周期為：通過探頭移動速度和探頭脈沖發(fā)射頻率的要求可得出每通道每次掃奄步長；。探傷單元對每個逯道的處理時聞：按照每個探傷單元八通道計算，每個探傷單在內(nèi)應(yīng)該能夠處理八個通道數(shù)掘，才能保證每個通邀要求的處理時間的要求，所以每個通道處理數(shù)據(jù)的時間為，在一個通道周期內(nèi)要完成信號采集和信號的判傷。霹回波的采集點數(shù)的確定：回波的采集點數(shù)一次回波時每個點的采集周期，一次西波時間鋼板厚度超聲波速度，按鋼

38、板厚度厘米，超聲波速米秒計算可得一次回波時間，微秒。每個點的采集周期：為每個點的采集頻率。每個點的采集頻率：對探頭回波信號的采集。計算，回波信號采集頻率可以定為采集頻率，得每個點的采集間期為微秒可以討算第二章數(shù)童化超聲溲探傷儀設(shè)計巧案出對回波的采集點數(shù)點，因此轉(zhuǎn)換器可以采用的器件。根據(jù)上述描述，可以得出在探頭繪定發(fā)射頻率的情況下，無論采翔什么樣的處理器，其數(shù)據(jù)采樣頻率和數(shù)據(jù)處理速度都必須足夠快，在速度上至少滿足如下定量要求對每個通道的計算對闖為。毫秒計算的數(shù)據(jù)量為點位數(shù)據(jù)。根據(jù)上述對數(shù)字信號處理速度和復(fù)雜度提掰的要求，、器件都具鑄實現(xiàn)上述高速采集和處理的能力，這兩種器件分別具有不同的生產(chǎn)廠商、

39、不同的型號以及不同的應(yīng)用特點，因此必須綜合各種器件特點，設(shè)計不同的實現(xiàn)方案，再結(jié)合本系統(tǒng)的需求特點確定符合設(shè)計條件的方案進(jìn)行實施。使用器件完成信號處理功能（）是專門針對數(shù)字信號處理理論算法的特點而設(shè)計的微處理器，他的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外圍設(shè)備專門針對計算的快速性要求進(jìn)行不嗣的設(shè)計，高速運(yùn)算是設(shè)計追求的最主要目標(biāo)，不同的生產(chǎn)廠商有著不同的實現(xiàn)策略，同時即使相同的生產(chǎn)廠商也有不同檔次的產(chǎn)品以適應(yīng)不同應(yīng)用要求。（）的產(chǎn)品占有絕對的市場優(yōu)勢，其系列產(chǎn)品目前有著比較好的應(yīng)用，大致分為三個主要系列系列、系列和系列，在上述三個系列中，主要定位在圖象處理領(lǐng)域，目前縣有業(yè)界最高的處理能力，其備超強(qiáng)的性能，以的系列為例，

40、按照核心運(yùn)算速率計算（峰值運(yùn)算速度可達(dá)即，次運(yùn)算秒）在內(nèi)可以進(jìn)行，次運(yùn)算，也就是對每個通道可以進(jìn)行，次運(yùn)算。困此如果采用系列處理器，可以完成上述描述的高速數(shù)據(jù)采集、高速數(shù)據(jù)處理任務(wù)。的凌計從內(nèi)核劊外圍主要以提高運(yùn)算速度為第一日標(biāo)，但是他的通用接口個數(shù)和功能并不很強(qiáng)，通用接口支持的電平標(biāo)準(zhǔn)和時序標(biāo)準(zhǔn)有限，因此飽對外溺功能的擴(kuò)展和控制能力較差。遼亍科技兀學(xué)碩士論又鎢二直數(shù)字化起聲波探場儀設(shè)計萬集器件的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特點器件使用靈活，接口功能強(qiáng)大，一般情況下，對于和的用法比較相似，可以不做明顯的區(qū)分，因此下面主要就的基本特點做簡單敘述，其組成部分包括如下幾部分（）可編程輸入輸出單元（單元）完成芯片與外界

41、電路的接口，完成不同電器特性下對輸入輸出信號的驅(qū)動與匹配，為了使具有更靈活的應(yīng)用，目前大多的單元被設(shè)計成為可編程模式，即通過軟件的靈活配置，可以適配不同的電氣標(biāo)準(zhǔn)與物理特性；可以調(diào)整匹配阻抗特性，上下拉電阻；可以調(diào)整輸出驅(qū)動電流的大小等?？删幊虇卧С值碾姎鈽?biāo)準(zhǔn)因工藝而異，不同器件商不同器件族的支持的標(biāo)準(zhǔn)也不同，一般說來，常見的電氣標(biāo)準(zhǔn)有、和等。值得一提的是，隨著工藝的飛速發(fā)展，目前可編程支持的最高頻率越來越高，一些高端通過寄存器技術(shù)。甚至呵以支持高達(dá)的數(shù)據(jù)速率。（）基本可編程邏輯單元基本可編程邏輯單元是可編程邏輯的主體，可以根據(jù)設(shè)計靈活地改變其內(nèi)部連接與配置，完成不同的邏輯功能。一般是基于工

42、藝的，其基本可編程邏輯單元幾乎都是由查找表（，）和寄存器（）組成的。內(nèi)部查找表一般為輸入（注：的自適應(yīng)邏輯模塊結(jié)構(gòu)比較特殊），查找表一般完成純組合邏輯功能。內(nèi)部寄存器結(jié)構(gòu)相當(dāng)靈活、可以配置為帶同步異步復(fù)位或置位、時鐘使能的觸發(fā)器（、），也可以配置成為鎖存器（）。一般依賴寄存器完成同步時序邏輯設(shè)計。一般來說，比較經(jīng)典的基本可編程單元的配置是一個寄存器加一個查找表，但是不同廠商的寄存器和查找表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一定的差異，而且寄存器和查找表的組合模式也不同。例如，可編程邏輯單元通常被稱為（，邏輯單元），由一個加一個構(gòu)成。大多數(shù)將個有機(jī)地組合起來，構(gòu)成更大功能單元一邏輯陣列模塊，），中除了還包合問進(jìn)位鏈、

43、控制信號、局部廳聯(lián)線資源、級聯(lián)鏈、寄存器繳聯(lián)鏈等遼寧午爭技大學(xué)砸詭又第章數(shù)皇億超聲渡椽傷儀漫計萬案連線與控制資源。（）嵌入式塊目前大多數(shù)都有內(nèi)嵌的塊（）。內(nèi)部嵌入可編程模塊，大大地拓展了的應(yīng)用范圍和使用靈活性。內(nèi)嵌的塊一般可以靈活配簧為單端叫（）、雙端（）、偽雙端口（）、（）、（）等常用存儲結(jié)構(gòu)。中共實并沒有專用的硬件資源、實現(xiàn)的思路是對賦予初值，并保持該初值。所謂，即內(nèi)容地址儲存器。這種存儲器在其每個存儲單元都包含了一個內(nèi)嵌的比較邏輯，寫入的數(shù)據(jù)會和其內(nèi)部存儲的每一個數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并返回與端口數(shù)據(jù)相同的所有內(nèi)部數(shù)據(jù)的地址。概括她講，是一種根據(jù)地址讀、寫數(shù)獬的存儲單元；而和恰恰相反，它返網(wǎng)的是

44、與端口數(shù)據(jù)相匹配的內(nèi)部地址。的應(yīng)嗣也常，“泛，比如在路由器中的地址交換表等。是“先進(jìn)先出隊列式存儲結(jié)構(gòu)。內(nèi)部實現(xiàn)、等存儲結(jié)構(gòu)都可以基于嵌入式塊單元，勞根據(jù)需求自動生成稠應(yīng)的糙臺邏輯（）以完成地址和片選等控制邏輯。（）豐富的布線資源布線資源連通內(nèi)部所有單元，連線的度和工藝決定著信號在連線上的驅(qū)動能力和傳輸速度。內(nèi)部有著非常豐富的布線資源，這些布線資源根據(jù)工藝、長度、寬度和分布位置的不同而被劃分為不同的等級，有一一些是全局性的專用布線資源，用以完成器件內(nèi)部的全局時鐘和全局復(fù)位囂位豹布線；一些做長線資源，閔以完成器件（分區(qū)）間的一些高速信號和一些第二全局時鐘信號（有時也稱為信號）的布線：還有一些叫做

45、短線資源，用以完成基本邏輯單元之間豁邏輯互聯(lián)與布線：另外，在基本邏輯單元內(nèi)部還有著備式各樣的布線資源和專用時鐘、復(fù)位等控制信號線。實現(xiàn)過程中，設(shè)計者般不需要直接選擇布線資源，而是由布局布線器自動根據(jù)輸入的邏輯網(wǎng)表的拓樸結(jié)構(gòu)和約束條件選擇可用的布線資源連通所用的底層單元模塊，所以設(shè)計耆常常忽略匆線資源。其實布線資源的優(yōu)化與使用和設(shè)計的實現(xiàn)結(jié)果（包含速度和面積兩個方面）有贏接關(guān)系。（）底層嵌入功能睢元底層嵌入功能單元的概念比較籠統(tǒng)，這罩我們指的是那些通用程度遼彳件放大學(xué)碩士論滅第二章數(shù)字化趙聲波抵傷儀設(shè)計萬象較高的嵌入式功能模塊，比如（）、（），等，隨著的發(fā)展，這些模塊被越來越多地嵌入到的內(nèi)部，以

46、滿足不同場合的需求。（）內(nèi)嵌專用硬核這里的內(nèi)嵌專用硬核與前面的“底層嵌入單元”不同，主要指那些通用性相對較弱，不是所有器件都具備的硬核（），是區(qū)分于專用集成電路（）而言的。對于器件，其結(jié)構(gòu)與相似，在軟件使用上主要用語言進(jìn)行編程和配置，和的使用基本上可不做區(qū)別，為了比較直觀的體現(xiàn)和的異同點，列出如下表格，讀者可以通過表對和的各自特點作相應(yīng)比較】。表和器件的基本區(qū)別項目結(jié)構(gòu)工藝多為加寄存器結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)多為乘積項，工藝多為，工藝多為，也包含也包含，等藝觸發(fā)器數(shù)量多少管腳延時不可預(yù)測固定規(guī)模與邏輯復(fù)規(guī)模大，邏輯復(fù)雜度高，新型器規(guī)模小，邏輯復(fù)雜讀低雜度件高達(dá)千萬門級編程與配置一一般有兩種，外掛和兩種編程方式，一種通過編程器燒通過在線編程，多數(shù)寫，另一種通過模式，是基于型，掉電程序丟失掉電程序不丟失互聯(lián)結(jié)構(gòu)，連分布式，豐富的布線資源集總式，相對布線資源有限線資源適用設(shè)計類型復(fù)雜邏輯功能簡單邏輯功能探傷單元數(shù)字信號設(shè)計的不同方