便携式心电图仪的研究与设计

介绍一种由信号采集子系统、数字控制子系统和PC处理子系统三个模块设计组成的小型化便携式心电图仪,采用FPGA和嵌入式处理器作为系统核心,提高了系统的集成度;还以虚拟仪器的概念设计了PC机终端软件,提供自动判读和网络传输功能.     

基于FPGA的神经突触的硬件实现及放电性能比较

目前专门对化学突触硬件实现的研究较少,采用FPGA芯片技术硬件实现化学突触,对神经元网络的硬件实现具有重要价值。运用DSP Builder软件,对以Hodgkin-Huxley神经元为突触前神经元和突触后神经元的化学突触数学模型进行建模。在DSP Builder模型的基础上,将化学突触的DSP Builder模型进行合理的拆分,然后分别将各个模块在FPGA所对应的软件环境下进行编译运行,最后下载到FPGA核心芯片中,硬件实现5种基于不同机理的化学突触模型。采用相关系数法,对仿真结果和硬件结果在同一个周期内的突触前神经元动作电位、突触后神经元动作电位以及突触电流的幅值进行对比,验证硬件实现的准确性。5种硬件实现的化学突触均可以较好地传递动作电位,但是各个模型消耗资源不同,模型3所消耗的内部乘法器资源(69%),约为模型5资源(31%)的2倍,表明突触模型数学复杂度越高,其消耗的乘法器资源越多。相关系数法的对比结果显示,模型3相关度最高,为0.791 3,模型4相关度最低,为0.693 5。虽然模型3数学复杂度高、硬件资源消耗多,但是其表现的生物性最好。硬件实现的5种突触模型均能较好地呈现化学突触的单向传递性,其中模型5硬件资源消耗少、相关度高,建议以其作为化学突触硬件实现的首选。     

一种基于FPGA控制的多路并行数据采集设计方法

目的：为生物电阻抗成像设备设计出一个高精度、高速率，并能进行同步采集的多路信号采集模块。方法：通过在FPGA上定制一个NiosII软核来作为系统的微控制器，然后通过对FPGA编程实现对多路A／D并行采集的时序控制，最后通过UART总线实现采集板与上位机之间的数据传输。结果：该系统成功地实现了对4路A／D转换器的并行控制，并实现了在100Hz～100kHz激励下对64路信号进行同步采集及初步的处理。结论：该设计方案达到了研究目的，能够满足EIS成像系统的数据采集需求。     

一种基于FPGA的数字EIT系统的实验研究

以FPGA芯片为核心的数字化生物电阻抗测量实验平台,主要完成直接数字频率合成(DDS)的电流源模块、V/I变换和数字解调模块的研究.采用DDS技术生成正弦信号发生器,由THS4021改进的Howland电路设计压控电流源,在不同负载条件下测量其输出电流幅值的频率响应,并在不同频率下测量电流源的输出阻抗,对恒流源性能的稳定性和精度进行测定.解调方法采用数字化解调,测试不同激励频率下的数字正交解调输出误差变化情况.最后采用盐水槽实验系统进行成像实验.结果表明,电流源可在6.1～390.6 kHz范围输出多频激励信号,在600 kHz前保持在190 kΩ的输出阻抗.当信号频率从200 kHz逐渐增加到1.6 MHz时,解调电路输出的I和Q路误差逐渐增加,对应的幅度误差从1.13％增加到7.19％,相位误差从1.03％增大到5.34％.采用相邻激励-相邻测量模式对环氧树脂棒进行盐水槽成像实验,成像结果表明系统能够对单个目标物体实现较准确的定位,验证了本研究平台的可行性.     

A field-programmable gate array based system for high frame rate laser Doppler blood flow imaging

This paper presents a general embedded processing system implemented in a field-programmable gate array providing high frame rate and high accuracy for a laser Doppler blood flow imaging system. The proposed system can achieve a basic frame rate of flow images at 1 frame/second for 256×256 images with 1024 fast Fourier transform (FFT) points used in the processing algorithm. Mixed fixed-floating point calculations are utilized to achieve high accuracy but with a reasonable resource usage. The implementation has a root mean square deviation of the relative difference in flow values below 0.1% when compared with a double-precision floating point implementation. The system can contain from one or more processing units to obtain the required frame rate and accuracy. The performance of the system is significantly higher than other methods reported to date. Furthermore, a dedicated field-programmable gate array (FPGA) board has been designed to test the proposed processing system. The board is linked with a laser line scanning system, which uses a 64×1 photodetector array. Test results with various operating parameters show that the performance of the new system is better, in terms of noise and imaging speed, than has been previously achieved.     

用于外周神经的干涉电流刺激器设计

设计了一种用于外周神经电刺激的干涉电流刺激器。该刺激器为两路电流输出,可以产生4种波形,每种波形的频率、幅度等参数可在上位机进行设置,频率分辨率为0.2 Hz,幅度分辨率为0.01 mA,时间分辨率为0.1 μs。该刺激器的特点在于可在刺激强度一定的条件下连续改变电流比,或在电流比一定的情况下连续改变刺激强度。上位机采用LabVIEW开发,下位机采用FPGA对3片DAC进行控制,DAC产生的波形信号经过隔离恒流源电路后施加到负载。经过测试,刺激器能够准确产生4种波形,电流偏差在2.6%以内,恒流效果良好。该刺激器体积小,操作简单,产生波形稳定,可以用于无损选择电刺激研究。     

基于FPGA设计的呼吸机控制系统

FPGA和VHDL是当今嵌入式系统设计的两个重要工具。本文详细介绍了基于FPGA的呼吸机控制系统的设计和实现，包括原理和电路结构图。通过仿真和测试验让了设计的正确性。结果表明，利用FPGA和VHDL设计的控制系统具有体积小、重量轻、功耗低和稳定性高等优点。     

基于FPGA和AD9240的非制冷焦平面阵列数据采集电路实现

介绍了非制冷焦平面阵列数字控制信号的接口时序要求及如何利用FPGA来产生这些信号,着重介绍了如何使用AD9240对非制冷焦平面阵列输出的模拟视频信号进行正确采样。FPGA与AD9240共同实现了完整的数据采集功能。     

基于USB的眼科B超图像实时采集与处理系统

提出一种眼科B超图像实时采集的新方法.应用FPGA从眼科B超诊断仪的SVGA信号连接器(VGA connector)前端直接采集数字信号,通过对静态RAM和USB接口芯片的时序控制,实现B超图像的实时高速传输.图像传输经编码处理,以最大限度减少传输的误差.PC对上传的图像进行解码后,实现实时显示,并对采集后的图像进行必要的后处理.本文充分证实了应用USB接口实现图像实时传输显示的可行性,并进一步验证了数字视频采集的优势,即图像的高保真性、实时性和存储处理的便捷性.     

一种PET前端符合系统的设计

本文描述了一种模块化、低符合死时间快速符合系统的设计思路,系统包含基于FPGA的第一级高速与逻辑粗略符合甄别电路和第二级时间驱动的精确符合甄别电路。系统应用模块化的插板式结构设计,可以接2到14个探测模块或探测模块组,使符合系统可以支持不同的模块配置以适应PET系统不同的电子和机械需求,组成小动物PET或人体全身PET。该符合系统可以提供10M符合事件/s的工作效率。符合时间窗实现从4ns到14ns在线可调,调整精度0.5 ns。经测试,系统符合时间波动小于0.5ns,符合电路死时间大约20ns,小于目前常用的一般PET符合系统。