基于FPGA的动态光谱数据采集系统

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1、摘要近红外光谱法是血液成分无创检测方法中的热点，也是取得成果最多的方法之一。但是，个体差异和测量条件是影响近红外光谱血液成分无创检测的一个较突出的问题。而动态光谱法就是针对这个问题而提出的一种全新的近红外无创血液成分浓度检测方法。它从原理上消除了个体差异和测量条件等对光谱检测的影响，为基于近红外光谱法的血液成分无创检测方法进入临床应用去除了一个较为关键的障碍。因此，本文根据动态光谱检测原理设计了基于FPGA的动态光谱数据采集系统。在分析了动态光谱数据采集系统的性能要求后，采用DALSA的高性能线阵CCDIL．C6—2048C作为光电转换器件；根据CCD输出数据的高速度和信号

2、微弱及含有噪声等特点，选用了高速、高精度、并带有相关双采样芯片的图像处理芯片AD9826作为模数转换器件；以FPGA及其内嵌的NIOSII处理器作为核心控制器，并用LabVIEW对采集得到的数据进行显示。在FPGA中，利用VerilogHDL语言编写了CCD和AD9826的控制时序；利用两块双口RAM组成乒乓操作单元，实现高速数据的缓存，避免利用NIOSII处理器直接读取时的频繁中断。将NIOSII处理器系统嵌入到FPGA中，实现整个系统的管理。NIOSII处理器利用中断方式读取缓存单元中的数据、经对数变换后传递给计算机。其中缓存数据的读取及对数变换均采用自定义组件的方式将

3、硬件单元添加到NIOSII系统中，编程时直接调用。NIOSII系统通过串口将处理后的数据传递给LabVIEW,LabVIEW对数据简单处理后显示，以实时观察采样数据是否正确。最后对系统进行了实验测试，实验结果表明，系统能够很好的采集并显示数据，能够初步完成光信号的检测。关键词：FPGA动态光谱NIOSII处理器自定义逻辑自然对数变换ABSTRACTNear-Infraredspectroscopyreceivesglobalattentionasaprincipalnon—invasivediagnosticmeans．However,individualdifferenc

4、esandmeasuringconditionsalemoreprominentproblemthataffectnon—invasivedetectionofbloodcomponentswhenusingNearInfraredspectrum．Therefore，Phi9LiputforwardtheconceptionofDynamicSpectrummethod，WithwmchweCallremovetheeffectoftheindividualdifferencesandmeasuringconditions．Inthispaper,basedontheDy

5、namicSpectrummethodwedesignedadynamicspectrumdataacquisitionsystembasedonFPGA．Accordingtoperformancerequirementsofthedynamicspectrumdataacquisitionsystem，high—performancelinearCCDIL—C6—2048Cwasselectedasphotoelectricconverter；High-speed，high—precision,andwithCDSADCAD9826wasselectedtoacquir

6、eCCD’Shighspeedandweaksignal；FPGAandNIOSIImicroprocessorwerethecorecontrolleranddataweredisplayedwithLabVIEW．InFPGA，CCDandtheAD9826controltimingwasdesignedbyVerilogHDLlanguages；Ping-pongoperatingunitsweremadeupofPairofdual—PortRAM，whichavoidedusingNIOSIIprocessordirectlyreaddatathroughthef

7、requentinterruption．NIOSIIprocessorsystemembeddedintheFPGAandmanagedtheentiresystem．Itusedinterruptedwaytoreadthedatainthecacheunit，afternaturallogarithmtransformtheresultsweretransmitedtothecomputer．Thedatacatchreadingunitandnaturallogarithmtransformunitwerea