發(fā)布時(shí)間：2020-05-10 10:56

【摘要】：神經(jīng)系統(tǒng)疾病嚴(yán)重威脅著人類的健康,在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中,依然缺乏有效的診療手段。經(jīng)顱磁刺激、經(jīng)顱電刺激等神經(jīng)刺激與調(diào)控技術(shù),都存在刺激深度不夠,空間分辨率低的缺點(diǎn)。經(jīng)顱超聲分辨率高,可以無創(chuàng)性刺激特定的腦功能區(qū),被研究者廣泛關(guān)注。但是目前經(jīng)顱超聲刺激系統(tǒng)存在可調(diào)參數(shù)少,傳輸速度慢等缺點(diǎn),為了克服這些缺陷,本文基于FPGA和USB3.0對(duì)多參數(shù)可調(diào)以及高速傳輸?shù)慕?jīng)顱超聲刺激系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。首先,針對(duì)經(jīng)顱超聲刺激系統(tǒng)可調(diào)參數(shù)單一和傳輸速度慢的問題,構(gòu)建了經(jīng)顱超聲刺激系統(tǒng)的硬件電路整體框架。設(shè)計(jì)了激勵(lì)脈沖可調(diào)的發(fā)射模塊電路、多采樣率和可編程增益的接收模塊電路、高帶寬的通信控制模塊電路。在此基礎(chǔ)上,分析了各個(gè)模塊電路的設(shè)計(jì)原理和主要實(shí)現(xiàn)功能,并據(jù)此確定經(jīng)顱超聲刺激系統(tǒng)的硬件電路和軟件接口。其次,為實(shí)現(xiàn)經(jīng)顱超聲刺激系統(tǒng)的硬件電路控制和參數(shù)調(diào)節(jié),編寫了經(jīng)顱超聲刺激系統(tǒng)的軟件程序,分析了各個(gè)模塊的控制參數(shù)。在系統(tǒng)硬件電路的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)開發(fā)了包含數(shù)字濾波、DDR2緩存驅(qū)動(dòng)、USB3.0高速傳輸和通信協(xié)議的FPGA軟件,根據(jù)USB3.0和FPGA的通信接口,開發(fā)了USB內(nèi)部FIFO讀寫和串口通信的固件,進(jìn)而開發(fā)了波形顯示和參數(shù)調(diào)節(jié)的交互軟件。最后,研制了經(jīng)顱超聲刺激系統(tǒng),以自主設(shè)計(jì)的硬件電路原理圖為依據(jù),設(shè)計(jì)并生產(chǎn)印制電路板(PCB),通過交互軟件調(diào)整系統(tǒng)激勵(lì)脈沖和增益采樣參數(shù),利用示波器對(duì)系統(tǒng)發(fā)出的超聲激勵(lì)進(jìn)行性能測(cè)試,利用交互軟件對(duì)增益接收進(jìn)行性能測(cè)試。并搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)小鼠進(jìn)行超聲腦刺激實(shí)驗(yàn),用腦電信號(hào)放大系統(tǒng)和采集系統(tǒng)記錄小鼠腦電信號(hào),完成實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)分析。
【圖文】：

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文MOS 管 Q3 的關(guān)閉和導(dǎo)通，反激式變壓器的原邊繞組線圈產(chǎn)生交流電流信號(hào)，當(dāng)繞組導(dǎo)通期間，次級(jí)繞組輸出電壓方向?yàn)樯县?fù)下正，，整流二極管 D2 處于截止?fàn)顚?duì)輸出電容 C17 進(jìn)行放電，當(dāng)原邊繞組截止時(shí)，次級(jí)輸出電壓為上正下負(fù)，整極管 D2 導(dǎo)通，對(duì)輸出電容 C17 進(jìn)行充電。由于 MOS 管關(guān)閉和導(dǎo)通時(shí)間較短，產(chǎn)生穩(wěn)定的直流高壓。通過調(diào)節(jié) FB 點(diǎn)電壓，改變 MOS 管 Q3 的關(guān)閉和導(dǎo)通時(shí)可以調(diào)節(jié)直流高壓的幅值。反激式變壓器電路原理圖如圖 2-3 所示。

圖 2-4 推挽輸出放大電路原理圖2.3 接收模塊硬件設(shè)計(jì)接收模塊由可編程增益放大電路、有源濾波電路和多采樣率模數(shù)轉(zhuǎn)換電路三部分組成。使用接收型的超聲換能器，將接收到的超聲波機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后依次通過增益放大電路，有源濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)入 FPGA。FPGA 可以調(diào)控可編程增益放大電路的放大倍數(shù)、模數(shù)轉(zhuǎn)換的采樣頻率和偏置電壓。放大倍數(shù)可調(diào)范圍為 0-80dB，采樣頻率可以選擇 6.25MHz、12.5MHz、25MHz、50MHz。偏置電壓可調(diào)范圍為 2V-3V。2.3.1 可編程增益放大電路設(shè)計(jì)因?yàn)閺某晸Q能器接收的信號(hào)幅值比較低，一般只有幾毫伏，而本文設(shè)計(jì)的多采樣率模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的參考電壓是 5V，為了使模數(shù)轉(zhuǎn)換精度盡可能高，在多采樣率
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH77;TN791

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2657196