基于USB2.0协议的工业CT探测采集传输系统设计与实现

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工业CT(Industrial Computed Tomography)技术被誉为当今工业领域最佳的无损检测技术。一方面,CT技术包含了深刻的射线物理原理和数学理论,对理工类和放射医学专业背景的研究人员来说,了解和掌握CT技术原理是十分必要的;另一方面在微电子、生物工程等领域,物件复杂化、尺寸小型化对工业CT检测技术的图像分辨率提出了更高的要求。本课题针对微焦点检测仪、教学CT等小型CT系统探测器数量少、传输距离短、探测器间隙小、分系统体积较小和传输控制要求较高的特点,研制了一种基于小间隔探测器、FPGA、USB2.0总线技术的探测采集传输一体化的测试系统。首先,对测试系统需求进行分析,通过方案对比确定系统的总体设计方案;然后,分别从硬件和软件两方面进行设计;最后对系统的性能测试和结果分析。硬件上,设计了一套测试板卡,集成了探测、采集、传输三部分。探测器芯片选用DT公司的线阵探测器芯片X-CARD系列;采集的主控FPGA选择Altera公司的Cyclone EP1C6T144C8N;USB2.0传输接口芯片选用了Cypress公司的EZ-USBFX2LP CY7C68013A。FPGA控制前端探测采集的时序、缓存数据,并通过USB接口芯片EZ-FX2LPCY7C68013A响应USB主机即PC的请求,对探测采集进行参数配置或者将数据批量上传。CY7C68013A工作在SlaveFIFO模式,最大限度的利用USB带宽。软件上,从底层(USB设备)和顶层(USB主机)两个方面设计了FPGA数字逻辑、USB固件程序、驱动程序和上位机应用程序。FPGA数字逻辑采用自顶向下的思路,使用Verilog HDL编写程序;USB固件程序是在Cypress提供的固件框架基础上编写;驱动采用的是Cyrpess的GPD(通用驱动程序);主机端是在VC++6.0开发环境下编写人机交互程序,运用了多线程的技术,通过WIN32API函数与底层USB驱动进行通信。系统软硬件联调测试结果表明,系统性能和功能基本达到预期目标。
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