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基于FPGA软核的佩带式心电信号处理系统的设计
心电信号分析结果是评价生理状态的重要依据,但是心电信号幅度小,极易受到外界干扰,提取和处理过程不易在佩带式家庭健康监护设备上完成.本文提出了一种基于FPGA软核的佩带式低功耗实时心电信号预处理系统,利用Actel Fusion FPGA内嵌的80c51软核作为主控制器,采用DA和CSD优化算法减少FIR数字滤波器硬件占用量,从而不但有效地对心电信号进行实时处理,而且减少了系统的体积和耗电量.经测试,该系统可以很好地满足设计要求,并且该系统的设计方法适合用于开发各种便携式实时生理状态监护设备.
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嵌入式平台下医学视频屏幕菜单式调节方式的实现
针对嵌入式平台下的Linux内核设备驱动,本文提出了一种基于FPGA的数字视频叠加的实现方法,很好地实现了在医学手术视频流上叠加患者身份、手术时间等信息,为进一步完善医学视频数字化处理奠定基础.
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一种PET前端符合系统的设计
本文描述了一种模块化、低符合死时间快速符合系统的设计思路,系统包含基于FPGA的第一级高速与逻辑粗略符合甄别电路和第二级时间驱动的精确符合甄别电路.系统应用模块化的插板式结构设计,可以接2到14个探测模块或探测模块组,使符合系统可以支持不同的模块配置以适应PET系统不同的电子和机械需求,组成小动物PET或人体全身PET.该符合系统可以提供10M符合事件/s的工作效率.符合时间窗实现从4ns到14ns在线可调,调整精度0.5ns.经测试,系统符合时间波动小于0.5ns,符合电路死时间大约20ns,小于目前常用的一般PET符合系统.
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基于 EZ-USB FX3的 FPGA 在线配置设计方法
本文从FPGA配置原理、硬件电路设计以及软件操作等方面，介绍了一种通过计算机连接EZ-USB FX3接口控制器直接对Xilinx 公司SPARTAN-6系列FPGA进行在线配置的方法。这种方法具有配置更新操作方便、电路设计简单的特点。
关键词： FPGA EZ-USB FX3 在线配置 -
基于FPGA的数字X线实时显示处理系统
介绍了一套数字化X射线影像实时处理系统,重点对其中显示处理子系统进行了描述,并讨论了为实现图像的实时显示处理而采取的一些特殊设计.由于选用FPGA及多种优化结构设计,该系统较好地解决了医学图像显示过程中的大数据量处理与高分辨率实时显示等问题.系统具有很强的稳定性与可靠性.
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基于USB的眼科B超图像实时采集与处理系统
提出一种眼科B超图像实时采集的新方法.应用FPGA从眼科B超诊断仪的SVGA信号连接器(VGA connector)前端直接采集数字信号,通过对静态RAM和USB接口芯片的时序控制,实现B超图像的实时高速传输.图像传输经编码处理,以大限度减少传输的误差.PC对上传的图像进行解码后,实现实时显示,并对采集后的图像进行必要的后处理.本文充分证实了应用USB接口实现图像实时传输显示的可行性,并进一步验证了数字视频采集的优势,即图像的高保真性、实时性和存储处理的便捷性.
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基于FPGA的全数字眼科超声诊断仪信号处理设计与实现
目的研制基于FPGA(field programming gate array,可编程逻辑门陈列)的全数字眼科超声回波信号处理系统.方法信号处理技术主要采用内插、动态滤波、TGC、包络检波和对数放大.在FPGA中采用以原理图设计为顶层模块.硬件描述语言VHDL作为底层模块的设计方法.结果通过构建实验模型验证了系统各阶段信号处理的有效性.对正常人体眼球和眼眶进行检测,获得了很好的回波信号.结论本设计对眼科高频超声回波信号具有良好的实时处理能力,达到了设计要求,具有良好的应用前景.
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一体化多电极电阻抗断层成像数据采集系统设计
非均匀与均匀介质电场的空间分布在边界条件上的关系是影响旋转电极EIT成像分辨率的因素之一.为此设计了一种8层共1024电极的电阻抗断层成像数据采集系统.该系统采用一体化设计方案,8层PCB层叠结构,用排针、排母进行物理支撑和电气连接,大限度地减少了引线对信号采集的影响.PCB工艺形成的电极具有数量多,分布均匀,在不同旋转方向上形成的电场一致性较好的特点.系统采用在FPGA中构建NIOS Ⅱ软核处理器进行整体控制.结果表明,系统物理模型所形成的介质电场均匀,从不同旋转角度上实测的电场分布的其一致性较好；电场分布和数据采集的结果达到设计要求.
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基于FPGA的高频超声成像实验平台
高频超声具有卓越的分辨能力,在临床和医学基础研究中都得到重要应用.新的图像和信号处理算法不断被提出来,用于提高其成像质量和获取新的信息.为了实验这些算法,需要一个通过编程来改变功能的实验平台,这个平台必须能进行高频超声扫描以采集图像,具备足够实验算法运行的硬件资源,而且能提供方便的调试手段.针对上述应用,提出一种基于FPGA的实验平台,用于研究10 ～ 50 MHz高频超声的图像和信号处理的实时算法.该平台具有与实验算法模块相独立的扫描控制器,可以保证在实验算法的调试过程中图像采集和显示均不受影响.系统以180 MHz的采样率采集射频信号,以大规模FPGA及其外围电路提供实验算法运行的空间,并预置可配置的带通滤波器、正交解调、降采样、基带信号幅度检测和对数压缩等处理模块.还开发一个RAM观测工具,专门用于读取处理过程中存入片外RAM的图像数据,以检验中间结果的正确性.采用10 MHz的超声探头,对志愿者眼球进行在体扫描实验,分别对平台的数据采集、带通滤波、幅度提取、对数压缩等模块进行验证.结果表明,带通滤波处理能有效滤除射频信号中的高频、低频噪声,在处理时钟选为50 MHz的条件下,对于每条探测深度为64 mm的扫描线,平台从数据采集至IQ降采样输出完毕,总时间为85.34 μs,而幅度检测和对数压缩算法在340 ns中就可以完成.该处理速度完全能够满足成像的实时性要求.
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一种基于FPGA的数字EIT系统的实验研究
以FPGA芯片为核心的数字化生物电阻抗测量实验平台,主要完成直接数字频率合成(DDS)的电流源模块、V/I变换和数字解调模块的研究.采用DDS技术生成正弦信号发生器,由THS4021改进的Howland电路设计压控电流源,在不同负载条件下测量其输出电流幅值的频率响应,并在不同频率下测量电流源的输出阻抗,对恒流源性能的稳定性和精度进行测定.解调方法采用数字化解调,测试不同激励频率下的数字正交解调输出误差变化情况.后采用盐水槽实验系统进行成像实验.结果表明,电流源可在6.1～390.6 kHz范围输出多频激励信号,在600 kHz前保持在190 kΩ的输出阻抗.当信号频率从200 kHz逐渐增加到1.6 MHz时,解调电路输出的I和Q路误差逐渐增加,对应的幅度误差从1.13％增加到7.19％,相位误差从1.03％增大到5.34％.采用相邻激励-相邻测量模式对环氧树脂棒进行盐水槽成像实验,成像结果表明系统能够对单个目标物体实现较准确的定位,验证了本研究平台的可行性.
关键词： 电流源 FPGA 数字正交解调 电阻抗断层成像(EIT) -
数字化多深度脉冲波超声多普勒系统的设计与实验研究
目的设计一套数字化脉冲波超声多普勒系统,以实现多深度血流频谱分析和显示.方法首先开发了一块PCI接口的数据采集卡,用于采集正交模拟解调后的超声回波信号,然后在PC平台上对数据进行了累加、壁滤波、谱分析等分析处理.结果导管水流测量和人体血流测量两组实验结果验证了算法的正确性,表明在正交模拟解调后对数据进行模数转换,利用数字信号处理的手段对数据分析处理,完全可以替代传统系统中模拟电路构成的距离选通、积分、采样保持和壁滤波等环节.结论相对于传统的模拟血流测量装置,本系统在稳定性和可移植性方面更具有优势,不仅可方便实现多深度的谱分析和显示,还可扩充更多功能.
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基于PCI总线的磁共振成像数据采集卡设计
目的为小型磁共振成像装置设计专用的高速数据采集卡.方法采用高速模数转换器ADS 804对MRI复数模拟信号进行数字化采样,用静态存储器(SRAM)暂存这数字化信号数据.扫描完一幅图像数据后再把数据从SRAM读入计算机.对模数转换器ADC和静态存储器SRAM的所有逻辑控制信号包括写入ADC的地址均由现场可编程器件FPGA产生.对FPGA读、写和对AD的读出均使用并行总线,由PCI 9052总线控制器进行控制.结果用甚高速硬件描述语言Foundation 3.1软件对FPGA进行设计,并对其产生的控制逻辑电路进行了功能仿真模拟,得到了可行的结果.结论用硬件描述语言VHDL对FPGA进行数字逻辑电路设计是很方便的,修改纠错也很容易.
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基于HH模型的神经元网络的数值模拟与FPGA实现
目的 提出了一种数值模拟结合硬件实现生物神经元网络的方法.方法 运用Simulink与Dspbuilder软件分别对HH模型神经元组成的神经元链网络、神经元环网络进行建模仿真,进而运用FPGA硬件实现生物神经元网络.结果 通过对比,两种软件的仿真结果相同,验证了建模的一致性;再现了神经元链网络的神经元动作电位传导特性,神经元环网络的同步放电特性.FPGA硬件结果与对应的软件仿真结果相同,验证了硬件结果的正确性.结论 运用FPGA实现具有生物特性的神经元网络是可行的.
关键词： 生物神经元网络 Hodgkin-Huxley模型 数值模拟 FPGA -
老年人健康监护系统研制
目的 设计一种针对老年人日常健康监护的系统.方法 构建一个基于现场可编程门列阵(field-programmable gate array,FPGA)的实时多通道信号采集和处理系统.该系统涉及对生理参数检测传感器、GPS、加速计、电子罗盘、磁阻传感器等多通道数据的采集和处理.结果 针对传感器类型的不同,实现了采样率、通信接口和波特率等不同参数的传感器控制,同时对获取的信号进行处理和传送,实现了体温、脉率、心电信号等生理参数的实时监测、用户定位以及跌倒检测等功能.结论 该系统具有可便携性,功能丰富且可扩展性强,非常适用于社区或家庭式老年人健康监护.
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基于FPGA的实时脉冲信号峰值检测方法
目的：基于现场可编程门阵列（ field programmable gate array ，FPGA）应用平台，提出一种新的脉冲信号峰值检测方法———动态阈值半峰检测法。方法在传统检测方法的基础上，以符合高斯型分布的脉冲信号为检测目标，在检测过程中仅通过保留关于检测脉冲的采样起点、大值以及脉冲宽度3个检测参数，实现在FPGA平台中针对脉冲峰值的实时快速检测。结果该法解决了传统方法在检测时无法检测基线浮动以及重复检测等问题，检测结果与多项式拟合方法相比，差异性仅为3．2％，与流式细胞仪检测结果相比，差异性为9．3％。结论该方法具有检测速度快，占用内存小，样本缓存少，无需固定阈值的优点，在FPGA应用中可作为一种有效的快速检测方法。
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生物质谱仪高速数据采集系统设计
目的 研制一种采样频率为2 GHz的高速数据采集系统,以满足生物质谱仪对飞行时间的精确测量要求.方法 采用ALTERA STRATIXⅢ系列FPGA作为主控芯片, 配合采样频率可达2 GHz、分辨率为12 bit的高性能ADC芯片,同时外扩512 MB DDR3 SDRAM用于数据缓存,并通过千兆以太网与上位机进行数据交互;此外,在高速数据采集板卡布线和制板时,采用多种方式有效保证信号完整性.结果 对数据采集板卡输入250 MHz高频信号进行2 GHz数据采集,并对采样结果进行数据分析,得到高速数据采集系统的SNR为44.6639,ENOB为7.1,满足设计要求.结论 基于ADC技术的高速数据采集系统是生物质谱数据测量分析的一种快速可靠的路径和方法.
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基于FPGA实现的用于生物电阻抗成像的多频信号源
目的:为满足电阻抗多频成像的要求,鉴于现有信号源的不足,研制集成度高、信噪比高的多频信号源.方法:根据数字频率合成理论,基于FPGA实现了多频信号源的核心部分.结果:所实现的信号源具有4种频率输出模式,多可同时输出4种频率,输出频率范围为1.9～341.8kHz,信噪比一般在-90dB左右.结论:基于FPGA实现的多频信号源可灵活控制输出频率,指标满足电阻抗多频成像的要求.
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基于集成芯片的医用超声前端发射电路设计
目的:改进超声前端发射电路系统,以获得更好的回波信号.方法:根据这一需求,采用集成芯片HDL6V5583代替分立元件产生高压脉冲信号,并以FPGA完成对高压脉冲芯片和模拟电子开关的控制以及数字化发射延时聚焦.结果:实验证明,回波信号中包含的不同组织界面的反射信号清晰可见.结论:采用集成芯片设计的超声前端发射电路收到了良好的效果,并且缩小了电路板面积,降低了功耗,能够应用在超声设备中.
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基于FPGA的心电信号分析系统的设计
目的:研究一种心电信号分析系统,能快速准确地根据心电信号计算其相关特征,能实时地为临床诊断提供参考.方法:设计了简易分析装置,把心电模拟信号用A/D转换电路转换成数字信号,而后提供给FPGA芯片;FPGA芯片对数字信号进行运算,得出所需要的各个参数值 以分析心律不齐心电信号为例,按要求对芯片移植了检测算法,利用装置进行了实验.结果:通过软件仿真实验和实物实验,验证了所得分析结果正确,实时性好.结论:基于FPGA的心电信号分析系统可实时准确地分析心电信号,值得推广应用.
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基于FPGA的仪用两相步进电动机细分驱动器的设计
目的:提出了一种采用现场可编程门阵列(FPGA)实现步进电动机恒转矩细分驱动的方法,并主要利用FPGA芯片实现了两相步进电动机细分驱动器的设计.方法:在对两相步进电动机细分驱动原理进行分析研究的基础上,利用FPGA芯片中的嵌入式阵列块(EAB)构成LPM-ROM来存储步进电动机各相细分电流的数据,并把斩波控制电路集成到了FPGA内部.步进电动机采用全桥驱动电路,并选择功耗极低的HIP4081芯片作为H桥驱动芯片.结果:电路通过了仿真,证明了各项功能均能正确实现;实际实现的驱动器也体现了较好的系统稳定性和较高的集成度;简化了应用:只需微控制器提供细分数等参数,就能精确控制步进电动机的运行,特别适用于某些实时控制场合.结论:提出的方法正确、原理清楚、电路可行;实际设计的驱动器可方便地用于仪器中两相步进电动机细分驱动的场合.
