引言

　　超聲醫學即利用超聲波的物理特性進行診斷和治療的一門影像學科，其臨床應用范圍廣泛，目前已成為現代臨床醫學中不可缺少的診斷方法。

　　本系統是一個便攜式軟組織超聲診斷儀的一部分，主要功能是高頻超聲信號采集。其工作機制，是在前端低頻脈沖(20Hz~10KHz)的觸發下，對由超聲換能器產生的高頻超聲信號(1MHz~20MHz)進行采集，預處理，然后通過USB總線傳輸給PC機，由軟件進行分析、處理。

　　在本設計方案中，高速CPLD芯片作為數據采集系統的核心部分，相比傳統的MCU+ADC方法，CPLD是用硬件信號而不是軟件編程來控制 ADC，從而在速度上有很大的優勢。而目前強大的VHDL編程語言也使得CPLD能很容易地實現預想的功能邏輯。數據處理部分，選用數據處理功能強大、處理速度高的DSP芯片作為CPU。而在與上位機通信方面，采用支持即插即用且成本也相對較低的USB接口。整體系統方面，各個子系統之間的數據傳輸和同步問題是技術難點。在經過反復比較和測試之后，采取高速存儲器作為數據緩沖區的方案。

系統各組成模塊

　　系統組成框圖包括三個子系統：CPLD子系統，DSP子系統和USB子系統。其中，CPLD+ADC實現數據采集，DSP則負責數據處理，兩者之間通過一片高速RAM來交換數據；USB芯片(AN2131Q)負責把數據通過USB線上傳給主機，它和DSP之間通過一片鎖存器進行通信。

數據采集子系統(CPLD子系統)

　　該子系統主要由一片Altera公司的CPLD和一片高速ADC所組成。

　　由于要采集的超聲信號最高頻率為20M，根據Nyquist定律，采樣頻率應該在40MHz以上，為了提高精度，系統采用了ADI公司的AD9283芯片。該芯片最高工作頻率為100MHz，經過測試，可很好地滿足系統帶寬要求。

　　以往的便攜式數據采集系統中，下位機部分ADC-RAM模塊往往采用MCU作為CPU來控制，因此，采集頻率直接受到MCU速度的制約，而且和 RAM存儲器的同步也成為問題。經過比較，本系統采用Altera公司的CPLD芯片來控制ADC和RAM，從而很好地解決了時序精度和同步的問題。

　　CPLD作為控制芯片，實現的功能邏輯為：

　　● 接到DSP觸發信號(START)之后，實現對ADC的控制，發出一個Start信號，ADC開始采樣工作；

　　● 與ADC控制信號同步提供RAM地址計數器(A0~A16)和寫信號(/WE)，使得每次ADC的結果直接存入RAM并且自動增加地址；

　　● 當地址計數器達到最大的時候,發出中斷信號(RAM_FULL)，提示DSP系統RAM已滿；

　　CPLD的功能邏輯用VHDL語言實現，其編譯、仿真和綜合采用Altera官方主頁提供的MAXPLUXII Student10.1版，下載電纜自制。

數據處理子系統(DSP子系統)

　　由于系統在后期升級中，要求對下位機部分的數據進行較為復雜的預處理，同時系統在實時性方面要求較高。因此選用TI公司的TMS320C5409作為數據處理子系統的CPU。
　　DSP子系統的主要工作流程為：

　　1)接到Trigger(由前端換能模塊發出)中斷(INT0)觸發后，拉高START信號通知信號采集模塊開始工作,然后進入等待；

　　2)接到RAM_FULL中斷(INT1)之后，知道RAM已經寫滿，首先將START信號拉低停止CPLD和ADC。然后開始逐個讀RAM中的數據，根據系統要求做相應處理，之后借助鎖存器發給AN2131Q；

　　3)在本系統中，DSP軟件部分的幾個函數體包括：主循環；int0中斷(前端觸發)；int1中斷(RAM已滿)。