基于fpga数字化eit硬件系统设计

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1、分类号：TP273．2密级：(秘密、机密、绝密)学校代码：10057研究生学号：09831002基于FPGA的数字化EIT硬件系统设计DigitalElectricalImpedanceTomographyHardwareSystemDesign专业名称：控制理论与控制工程指导教师姓名：陈晓艳副教授研究生姓名：吴佳妮申请学位级别：工学硕士论文提交同期：2012年3月论文课题来源：省部级项目(08JCYBJC03500)学位授予单位：天津科技大学天津科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本

2、人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。除文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果内容，也不包括为获得天津科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：吴壁批日期：2011年踢月心日知识产权和专利权保护声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师具体指导下并得到相关研究经费支持下完成的，其数据和研究成果归属于导师和作者本人，知识产权单位属天津科

3、技大学；所涉及的创造性发明的专利权及使用权完全归天津科技大学所有。本人保证毕业后，以本论文数据和资料发表论文或使用论文工作成果时署名第一单位仍然为天津科技大学。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：釉至妣日期：2012年伊猬f歹日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，同意公布论文的全部或部分内容，允许论文被查阅和借阅。本人授权天津科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索

4、，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密lI(请在方框内打“√”)，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密I卅(请在方框内打“巾)。导师签名：7R期：神倥年D弓月岱日日期：出忙年口岁月厅日摘要电阻抗断层成像技术(EIT：ElectricalImpedanceTomography)是当今生物医学工程学重大研究课题之一。它是继形态、结构成像之后，于近30年才4出现的新一代医学成像技术。由于电阻抗断层成像技术不使用核素或射线，对人体无伤害、且可以多次测量，重复使用，成像速度快，具有

5、功能成像等特点，加之成本低廉，不要求特殊的工作环境等，其作为一种理想的并且有着诱人应用前景的无损伤医学成像技术，迅速成为研究热点。本论文的研究是在天津市科委自然科学基金项目“无创监护肺呼吸的电阻抗断层成像关键技术研究’’f08JCYBJC03500)I拘资助下完成的。本文设计并实现了一套基于FPGA的数字化EIT硬件系统，主要工作如下：1．通过方案论证，确定了基于FPGA的主从式数字化生物电阻抗断层成像数据采集系统的设计方案。2．以Spartan3E系列XC3S500E．5FG320型号的FPGA为核心

6、，嵌入8位微处理器PicoBlaze实现恒流激励源、模拟开关通道切换、正交序列解调、数据缓存及串口通信等逻辑控制功能。3．采用VHDL语言完成了FPGA的硬件开发，采用Delphi软件开发了上位PC机界面，实现数据的实时存储并绘制曲线。4．在直径为30cm的物理实验水槽上进行一系列实验，对整个系统进行性能测试，取得了较好的结果，实验结果表明该系统能够实现电阻抗数据采集功能。5．针对系统存在的问题，从电极、制板、调试方法等角度，提出了一些后续的改进方案。本文的创新点主要体现在激励电源模块的设计与实现上。采

7、用FPGA内部的DDSIP核模块，经高速D／A转换和巴特沃斯二阶低通滤波电路，构成一个相位和频率均可调的电压源，然后再配合两种VCCS电路，构成两种激励电流源，并对其性能进行了测试。关键词：电阻抗断层成像；FPGA：直接数字合成；正交序列解调ABSTRACTElectricalimpedancetomography(ElT)asanewmedicalimagingtechnologydevelopedin30yearsaftermorphologyandstructuralimagingisoneoft

8、hemajorresearchtopicsinbiomedicalengineeringfieldtoday．EITbecomesaresearchhotspotquicklyasanidealandapromisingnoninvasivemedicalimagingtechnologyduetonon。radiation，non．invasive，repeatable，reusableandfastfunctionalimagingfe