專利名稱：用于二維超聲射頻信號(hào)采集的數(shù)據(jù)采集器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別用于心肌的組織定征中超聲儀器二維射頻信號(hào)采集技術(shù)，也可廣泛用于大容量的高頻信號(hào)采集。
超聲儀器中射頻信號(hào)的采集是實(shí)施心肌的組織定征的重要前提。目前心肌的組織定征多數(shù)以一維信號(hào)采集為主，這主要是因?yàn)槎S超聲射頻信號(hào)的獲取難度較大。其主要原因是二維超聲射頻信號(hào)的數(shù)據(jù)量非常大，目前市場(chǎng)上現(xiàn)有的A/D采集卡的容量一般都很小，要象通常A/D采集卡插在計(jì)算機(jī)的總線槽當(dāng)中這種思路，由于設(shè)計(jì)所需要的芯片數(shù)量太多，實(shí)現(xiàn)起來太困難?，F(xiàn)有的二維超聲射頻信號(hào)采集系統(tǒng)基本上是利用十分高檔的數(shù)據(jù)采集器作為前端數(shù)據(jù)采集器，但由于價(jià)格昂貴，難以推廣使用。
本實(shí)用新型的目的就是要克服現(xiàn)有系統(tǒng)的不足之處，設(shè)計(jì)出一種用于二維超聲射頻信號(hào)采集的數(shù)據(jù)采集器，使其具有價(jià)格低廉、調(diào)試簡(jiǎn)單、抗干擾性能好等優(yōu)點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)二維超聲射頻信號(hào)采集，需要較高的采樣率以及海量存儲(chǔ)器。本發(fā)明提出的一種用于二維超聲射頻信號(hào)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器，其特征在于，包括由用于數(shù)據(jù)交換的總線板和與其相連的采集射頻信號(hào)的A/D采集卡和存儲(chǔ)采集信號(hào)的海量存儲(chǔ)電路所組成的核心部件以及連接所說核心部件與采集系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)進(jìn)行雙向信息交換的ISA總線板卡。所說的總線板包括地址線、數(shù)據(jù)線、控制線以及電源線；所說的A/D采集卡包括由A/D轉(zhuǎn)換器、模擬信號(hào)輸入電路以及外圍電路組成的A/D轉(zhuǎn)換電路，由同步計(jì)數(shù)器并聯(lián)組成的地址電路和由計(jì)數(shù)器滿溢出停止計(jì)數(shù)功能、存儲(chǔ)寫信號(hào)實(shí)現(xiàn)電路構(gòu)成的邏輯控制電路以及與所說的ISA總線板間的通訊接口電路；所說的海量存儲(chǔ)器由多個(gè)靜態(tài)存儲(chǔ)器與其連為一體的存儲(chǔ)空間擴(kuò)展電路和地址分配電路組成；所說的ISA總線板包括I/O口擴(kuò)展電路、地址選通電路以及與所說的總線板的連接的通訊接口電路；所說的存儲(chǔ)器寫信號(hào)實(shí)現(xiàn)電路由實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)鐘信號(hào)延時(shí)、再與原信號(hào)相與的兩個(gè)與門構(gòu)成；所說的地址分配電路由反相器、撥碼開關(guān)和譯碼器構(gòu)成。
本實(shí)用新型的基本原理如下本實(shí)用新型是把A/D采集卡，海量存儲(chǔ)器電路，總線板連在一起作為數(shù)據(jù)采集器的核心部件做在采集系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)的外部，再通過一塊插入計(jì)算機(jī)中的ISA總線板與計(jì)算機(jī)進(jìn)行雙向信息交換。B超等儀器的射頻信號(hào)由A/D采集卡采集下來，存入海量存儲(chǔ)器中，再由PC機(jī)通過上述ISA總線板將數(shù)據(jù)從海量存儲(chǔ)器中讀入硬盤，再進(jìn)行離線分析。其結(jié)構(gòu)如

圖1所示。
所說的總線板的主要作用是提供上面所說的A/D采集卡，海量存儲(chǔ)器電路之間的數(shù)據(jù)交換。
所說的A/D采集卡中的A/D轉(zhuǎn)換器完成模擬信號(hào)到數(shù)字量的轉(zhuǎn)化，模擬信號(hào)輸入電路主要是完成輸入信號(hào)范圍的變換。外圍電路主要完成A/D轉(zhuǎn)換器的工作方式控制、輸出數(shù)據(jù)鎖存以及啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘電路。所說的地址電路是指為海量存儲(chǔ)器的讀寫提供地址信號(hào)，它由同步計(jì)數(shù)器并聯(lián)實(shí)現(xiàn)，A/D采集卡上的時(shí)鐘電路，一是為A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器寫操作提供時(shí)鐘；二是為存儲(chǔ)器讀提供時(shí)鐘。兩組時(shí)鐘的切換由數(shù)字開關(guān)來完成。所說的邏輯電路主要包括計(jì)數(shù)器滿溢出停止計(jì)數(shù)功能、存儲(chǔ)器寫信號(hào)實(shí)現(xiàn)電路。當(dāng)計(jì)數(shù)器滿時(shí)，由同步計(jì)數(shù)器產(chǎn)生溢出標(biāo)志信號(hào)，由此信號(hào)通過與來自計(jì)算機(jī)的控制信號(hào)一起控制數(shù)字開關(guān)的閉合。當(dāng)數(shù)字開關(guān)關(guān)閉時(shí)，沒有時(shí)鐘信號(hào)提供給同步計(jì)數(shù)器，同步計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。
本實(shí)用新型的存儲(chǔ)器寫信號(hào)實(shí)現(xiàn)電路是利用兩個(gè)與門對(duì)時(shí)鐘信號(hào)做延時(shí)，再與原信號(hào)相與，就產(chǎn)生了寫信號(hào)。原理如圖2所示。接口電路提供數(shù)據(jù)采集器與ISA總線板之間的通訊聯(lián)系。
所說的海量存儲(chǔ)器電路包括存儲(chǔ)空間擴(kuò)展電路、地址分配電路。所說的ISA總線板提供計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)采集器之間的信息交換。它包括計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行的模擬信號(hào)放大倍數(shù)控制，RAM讀/寫操作控制，讀取數(shù)據(jù)采集器中的計(jì)數(shù)滿標(biāo)志，產(chǎn)生對(duì)RAM的讀時(shí)序以及讀出RAM中的存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。所有功能都是基于并行接口片子8255來完成的。利用8255擴(kuò)展I/O口，由于8255具有3個(gè)并行數(shù)據(jù)端口，可以有豐富的資源來完成上述功能。利用Port B輸入方式做為8位數(shù)據(jù)口，PortA輸出方式作為控制信號(hào)，Port C輸入方式以查詢方式檢測(cè)計(jì)數(shù)滿標(biāo)志。以Port A的一位作為放大倍數(shù)控制信號(hào)AMP，通過控制數(shù)據(jù)采集器中的數(shù)字開關(guān)來實(shí)現(xiàn)不同放大倍數(shù)模擬信號(hào)的輸入以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)放大倍數(shù)控制；一位作為RAM讀/寫操作控制信號(hào)AD/I；一位作為RAM的讀時(shí)鐘信號(hào)ISACP；一位作為RAM的讀RD信號(hào)；一位作為數(shù)據(jù)采集器上計(jì)數(shù)器的清零信號(hào)MR；一位作為清除時(shí)鐘信號(hào)ITSC。采樣時(shí)由計(jì)算機(jī)控制首先清除時(shí)鐘信號(hào)ITSC(置零)，使計(jì)數(shù)器不計(jì)數(shù)，然后給出清零信號(hào)MR(置零)使計(jì)數(shù)器置零，最后啟動(dòng)A/D采樣(MR、ITSC信號(hào)置1，同時(shí)給出放大倍數(shù)AMP以及A/D采集卡處于RAM寫狀態(tài)AD/I置零)。然后計(jì)算機(jī)開始處于查詢狀態(tài)，當(dāng)A/D采集數(shù)據(jù)滿時(shí)，計(jì)數(shù)器滿標(biāo)志置零(其它時(shí)刻為1)，同時(shí)停止計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)算機(jī)檢測(cè)到這一信號(hào)時(shí)，使AD/I信號(hào)置1，這樣A/D采集卡處于存儲(chǔ)器讀狀態(tài)。然后由計(jì)算機(jī)給出RAM的讀時(shí)鐘信號(hào)ISACP以及RAM的讀RD信號(hào)，使計(jì)數(shù)器從零開始重新計(jì)數(shù)，并從存儲(chǔ)器中讀取采集的數(shù)據(jù)，讀出的數(shù)據(jù)經(jīng)過Port B端口存入計(jì)算機(jī)的硬盤當(dāng)中，依據(jù)這些數(shù)據(jù)可進(jìn)行心肌的組織定征。
本實(shí)用新型數(shù)據(jù)采集器的主要特點(diǎn)1、海量存儲(chǔ)方式(存儲(chǔ)空間可達(dá)16Mbytes)。對(duì)比市場(chǎng)上的A/D采集卡(一般只有幾十Kbytes-幾百Kbytes)，它可以存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)，適用性更強(qiáng)。
2、采集儀器的主體部分做在計(jì)算機(jī)的外部的結(jié)構(gòu)模式。通常與計(jì)算機(jī)相連的A/D采集卡一般直接做在計(jì)算機(jī)的總線插槽當(dāng)中，但這一結(jié)構(gòu)模式對(duì)于該數(shù)據(jù)采集器來說實(shí)現(xiàn)起來十分困難，現(xiàn)在采用的結(jié)構(gòu)模式使得該數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計(jì)十分方便，調(diào)試簡(jiǎn)單，而且抗干擾性能好(在計(jì)算機(jī)內(nèi)部各種高頻信號(hào)彼此間的干擾比較強(qiáng)，在計(jì)算機(jī)的外部再加屏蔽后提高了抗干擾性能)。
3、海量存儲(chǔ)器采用靜態(tài)存儲(chǔ)器HM628512-7，這是一種大容量的高速靜態(tài)存貯器，利用它可以用較少的芯片就實(shí)現(xiàn)海量存貯器電路，降低芯片數(shù)量，同時(shí)也降低了成本。
4、在該數(shù)據(jù)采集器的RAM的寫信號(hào)的實(shí)現(xiàn)，利用了與門的延時(shí)特性，用較簡(jiǎn)單的電路就準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)了寫信號(hào)的脈沖寬度控制。
附圖簡(jiǎn)要說明圖1為本實(shí)用新型一種實(shí)施例數(shù)據(jù)采集器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)施例寫信號(hào)實(shí)現(xiàn)的原理圖。
圖3為本實(shí)施例A/D采集卡電路圖。
圖4為本實(shí)施例MEM板實(shí)現(xiàn)電路圖。
圖5為本實(shí)施例ISA總線卡板電路圖。
圖6為本實(shí)施例ISA總線卡接口示意圖。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的一種二維超聲射頻信號(hào)采集的數(shù)據(jù)采集器實(shí)施例，包括由A/D采集卡電路，海量存儲(chǔ)器電路與總線板連在一起的數(shù)據(jù)采集器，通過一塊ISA總線板由計(jì)算機(jī)控制采集二維超聲射頻信號(hào)。各部分構(gòu)成及功能結(jié)合附圖詳細(xì)描述如下A/D采集卡電路如圖3所示，該電路中采用的A/D轉(zhuǎn)換芯片AD是HARRIS公司的CA3318,U8(74F573)作為數(shù)據(jù)鎖存器。U7(74HCO4)與晶體C1，電容C2,C3組成時(shí)鐘電路；為A/D轉(zhuǎn)換器，存貯器寫操作提供時(shí)鐘，另外存貯器讀操作的時(shí)鐘由計(jì)算機(jī)通過ISA總線給出。模擬信號(hào)輸入電路采用了MAX466高頻數(shù)字開關(guān)U16(共有4個(gè)通道，每個(gè)通道有2倍固定增益)，當(dāng)每個(gè)通道的兩個(gè)輸入端短接在一起時(shí)就成為了一個(gè)2倍增益的緩沖器，利用它做放大器電路。U1,U2,U3,U4,U5,U6(6片74HC163)組成24位計(jì)數(shù)器作為地址信號(hào)，計(jì)數(shù)器滿標(biāo)志由U6的TC端產(chǎn)生。U9,U10,U11(3片74F573)作為地址信號(hào)鎖存器。U13為數(shù)字開關(guān)(74HC257)，利用它的1通道進(jìn)行兩組時(shí)鐘信號(hào)的選擇。U15:A,U15:B,U15:C(74HC08)以及U12:B(74HC32)共同組成寫信號(hào)的實(shí)現(xiàn)電路。由于存儲(chǔ)器的寫操作要求低電平至少55ns的時(shí)間，而上述振蕩電路脈沖的低電平寬度只有42ns的時(shí)間，無(wú)法滿足上述要求。該電路將42ns的低電平寬度信號(hào)轉(zhuǎn)換成56ns的低電平寬度信號(hào)，滿足存貯器寫操作要求。
本實(shí)施例的總線板這里利用了工業(yè)控制中常用的STD總線機(jī)籠(為6槽結(jié)構(gòu))，但是與它不同的是在這里總線標(biāo)準(zhǔn)為了滿足實(shí)際的需要進(jìn)行了重新定義，自定義的總線標(biāo)準(zhǔn)見表1、2所示。
表1
表2
本實(shí)施例海量存儲(chǔ)器電路如圖4所示，本實(shí)施例選用4M位的靜態(tài)存貯器作為基本存貯器單元，該數(shù)據(jù)采集器至少需要128兆位的空間，也就是說至少要32片芯片。本實(shí)施例把8片RAM做成一塊板，8片級(jí)聯(lián)成32兆位，共4塊板。為了保證各塊板的通用性與兼容性，每塊板都設(shè)計(jì)了地址分配電路，可隨意設(shè)置為0～4Mbytes,4～8Mbytes,8～12Mbytes,12～16Mbytes四種地址的任意一種，這樣系統(tǒng)無(wú)需考慮每塊板的地址，只是把它們作為一個(gè)整體，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。每塊RAM板由8片HM628512-7(512Kbytes)組成，每個(gè)芯片加上一個(gè)0.01uf的電容作為褪耦電容。另外，地址分配電路由U1(SW-DIP4),U2(74HC138),U3(74HC04)組成。當(dāng)U1的1-8,3-6閉合時(shí)，該板的地址為0~4Mbytes，當(dāng)U1的1-8,4-5閉合時(shí)，該板的地址為4~8Mbytes,當(dāng)U1的2-7,3-6閉合時(shí)，該板的地址為8~12Mbytes，當(dāng)U1的2-7,4-5閉合時(shí)，該板的地址為12~16Mbytes空間。
本實(shí)施例ISA總線板包括I/O口擴(kuò)展電路，地址選通電路，以及與數(shù)據(jù)采集器的通訊接口，如圖5所示。I/O口擴(kuò)展電路由8255來完成(芯片81)，地址選通電路由U2(74HC688),U3(SW-DIP8)以及8個(gè)上拉電阻組成。與數(shù)據(jù)采集器的通訊接口如圖6所示。
本實(shí)施例具有如下的技術(shù)指標(biāo)A/D轉(zhuǎn)換 單通道，8bits,12MHz采樣率。電壓輸入范圍最大-1V~1V。存儲(chǔ)空間16Mbytes。工作方式由計(jì)算機(jī)啟動(dòng)，然后連續(xù)采樣。通訊連接通過ISA卡板與PC連接。
權(quán)利要求1.一種用于二維超聲射頻信號(hào)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器，其特征在于包括由用于數(shù)據(jù)交換的總線板和與其相連的采集射頻信號(hào)的A/D采集卡和存儲(chǔ)采集信號(hào)的海量存儲(chǔ)電路所組成的核心部件以及連接所說核心部件與采集系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)進(jìn)行雙向信息交換的ISA總線板卡。
2.如權(quán)利要求1所說的用于二維超聲射頻信號(hào)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器，其特征在于，所說的總線板包括地址線、數(shù)據(jù)線、控制線以及電源線。
3.如權(quán)利要求1所說的用于二維超聲射頻信號(hào)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器，其特征在于，所說的A/D采集卡包括由A/D轉(zhuǎn)換器、模擬信號(hào)輸入電路以及外圍電路組成的A/D轉(zhuǎn)換電路，由同步計(jì)數(shù)器并聯(lián)組成的地址電路和由計(jì)數(shù)器滿溢出停止計(jì)數(shù)功能、存儲(chǔ)寫信號(hào)實(shí)現(xiàn)電路構(gòu)成的邏輯控制電路以及與所說的ISA總線板間的通訊接口電路。
4.如權(quán)利要求1所說的用于二維超聲射頻信號(hào)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器，其特征在于，所說的海量存儲(chǔ)器由多個(gè)靜態(tài)存儲(chǔ)器與其連為一體的存儲(chǔ)空間擴(kuò)展電路和地址分配電路組成。
5.如權(quán)利要求1所說的用于二維超聲射頻信號(hào)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器，其特征在于，所說的ISA總線板包括I/O口擴(kuò)展電路、地址選通電路以及與所說的總線板的連接的通訊接口。
6.如權(quán)利要求3所說的用于二維超聲射頻信號(hào)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器，其特征在于，所說的存儲(chǔ)器寫信號(hào)實(shí)現(xiàn)電路由實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)鐘信號(hào)延時(shí)、再與原信號(hào)相與的兩個(gè)與門構(gòu)成。
專利摘要一種用于二維超聲射頻信號(hào)采集的數(shù)據(jù)采集器屬于計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域,其特征在于包括由用于數(shù)據(jù)交換的總線板和與其相連的采集射頻信號(hào)的A/D采集卡和存儲(chǔ)采集信號(hào)的海量存儲(chǔ)電路所組成的核心部件以及連接所說部件與采集系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)進(jìn)行雙向信息交換的ISA總線板卡。本實(shí)用新型具有價(jià)格低廉、調(diào)試簡(jiǎn)單、抗干擾性能好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G06F3/00GK2315589SQ9820323
公開日1999年4月21日 申請(qǐng)日期1998年4月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月10日
發(fā)明者白凈, 李響, 胡廣書 申請(qǐng)人:清華大學(xué)