外围板卡的高速数据采集的实现

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基于FPGA的高速数据采集系统设计与实现的开题报告

基于FPGA的高速数据采集系统设计与实现的开题报告

基于FPGA的高速数据采集系统设计与实现的开题报告一、选题背景与意义在现代工业领域,高速数据采集是必不可少的环节,对于某些应用场景,如医学图像、通信信号和自然界信号的采集等,必须保证采样率高、抗噪性强的特点。

面对如此巨大的数据采集挑战,传统基于PC机的采集系统已经难以满足实时性和高速性的要求,而基于FPGA的高速数据采集系统从其高速、高精度、低功耗、灵活可靠等诸多特点上来看,成为了实现高速数据采集的首选方案。

因此,本文将对基于FPGA的高速数据采集系统设计与实现开题进行研究。

二、研究内容本课题旨在通过对基于FPGA的高速数据采集系统设计与实现开题进行深入研究,侧重于以下几个方面:1. 基于FPGA芯片架构的深入研究,尤其是在高速、可靠、低功耗等方面的性能表现。

2. 研究采样率、信噪比、滤波器等方面在数据采集系统中的应用。

3. 设计高速数据采集控制系统,探究其在高速数据采集系统中的作用和设计原理。

4. 进行基于FPGA的高速数据采集系统硬件电路设计、软件编码及实现,并通过实验验证其性能。

三、研究方法本文采用计算机仿真分析和实验研究相结合的方法,首先通过软件工具对系统进行模拟,了解系统设计的基本原理和方法,然后进行硬件电路设计和软件编码,实现实际的高速数据采集系统,最后对实验结果进行分析和总结。

四、预期成果1. 实现一套基于FPGA的高速数据采集系统,该系统具有高速性、稳定性、可靠性、低功耗等优点。

2. 对该系统进行了性能测试,并分析系统在数据采集过程中的表现及优劣。

3. 从系统设计、电路设计、软件编写三个角度,对基于FPGA的高速数据采集系统设计与实现开题进行了研究,并提出了可供参考的经验和具体指导意见。

五、可能面临的问题及解决方案1. FPGA硬件电路设计难度大。

解决方案:参考多数学者的研究成果,针对不同应用,找出符合实际需要的电路设计。

2. 信号处理算法的开发。

解决方案:充分利用智能算法,设计高效低延迟的算法并进行实际验证。

pcie高速采集卡的采样原理

pcie高速采集卡的采样原理

pcie高速采集卡的采样原理
PCIe高速采集卡(PCIe high-speed acquisition card)是一种用于数据采集和信号处理的硬件设备,它通过PCI Express(PCIe)接口与计算机连接。

采集卡的采样原理可以概括为以下几个步骤:
1. 时钟同步:采集卡首先需要与输入信号进行时钟同步,以确保准确的采样。

一般情况下,采集卡会使用自己的时钟源或者外部的参考时钟来与输入信号进行同步。

2. 信号采样:一旦时钟同步完成,采集卡就开始对输入信号进行采样。

采样过程中,采集卡会按照一定的采样率(即每秒采样的次数)将输入信号离散化为数字信号。

采集卡上的模数转换器(ADC)负责将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。

3. 数据传输:采集卡将采样到的数字信号通过PCIe接口传输给计算机。

PCIe接口提供了高速的数据传输通道,能够满足高速数据采集的需求。

传输过程中,采集卡会将采样数据打包成数据包,并通过PCIe总线发送给计算机。

4. 数据处理:计算机接收到采集卡传输的数据后,可以使用相应的软件对数据进行处理和分析。

这些软件可以根据具体的应用需求,对数据进行滤波、频谱分析、数据压缩等操作,以提取所需的信息。

需要注意的是,采集卡的采样原理会因具体的硬件设计而有所差异,不同的采集卡可能会采用不同的ADC芯片、时钟同步方式和数据处理算法等。

因此,在具体应用中,需要根据采集卡的规格和说明书来了解其采样原理和技术特点。

fpga+dp83848实现百兆网络高速数据实时采集

fpga+dp83848实现百兆网络高速数据实时采集

fpga+dp83848实现百兆网络高速数据实时采集搞这个高速数据传输,真可谓“一波三十折”,仅方案都试了好几个。

分别使用了:示波器方案;NiosII方案;ARM方案。

最后直接使用fpga+dp83848实现了高速数据采集。

系统的硬件成本较低,使用EP4CE6芯片,外加ADC芯片和DP83848模块就可以了,连外置ram都省了。

淘宝上的虚拟示波器方案,则是用usb的phy传输到电脑的,但考虑到上位机程序编写,使用网络的udp协议还是非常方便的。

当然在fpga上从底层实现udp协议还是费了很多功夫的。

硬件上,ADC芯片使用TI的AD7476,12bit,1M转换率,spi 接口,3根线到fpga即可。

当扩展多片adc时,可以将cs和clk共用,多用几个miso就可以了,后来用这个系统采集8颗ad7884,就是用了8个miso,实现ADC芯片组的同步采集。

网络芯片dp83848,在很多板子上见到过,单芯片仅几元钱,网上也有现成的单独模块出售,却要卖50大洋。

这里使用rmii接口,也是直接连接fpga,一共9根线,时钟从网络模块上提供。

实际应用中发现,MDIO和MDC用于控制寄存器的两根线可以不要的,直接用rmii的7根线就可以了,而且RX和TX可以完全分开来搞,这个系统主要搞的当然是TX了,不过TX搞定后,RX一两天就也搞定了。

对fpga系统,直接淘宝上买最小系统就可以了:时钟是必不可缺的,最好带两个按键,再带两个指示灯,再把所有的io引出,嗯,完美,我买的就这样的,自带50M时钟,带两个触点开关和两个红色led,IO从板子两侧全部引出,不带sram/sdram/flash,唯一遗憾是没有2.5V的IO块,不能实现lvds接口,否则可以使用更高速的ADC 芯片了。

硬件上需要注意的地方是,RMII接口的时钟是用网络模块提供的,频率50MHz,而不是用fpga提供,好处是保证网络模块送出的数据和时钟同步,但缺陷也是明显的,线绝不能太长,我用杜邦接口作的线束连接,线长不超过10公分是没有问题的,同时送给网络模块的数据也要保证和时钟的同步,可能是我做的线短,还没有出现发送数据和时钟不同步导致的问题。

基于PCI和FPGA的高速数据采集系统

基于PCI和FPGA的高速数据采集系统

新技术·新业务DOI:10.3969/j.issn.1006-6403.2023.08.014基于PCI和FPGA的高速数据采集系统[张四维 王勋志 谭静波]为了准确、实时地采集工业现场快速变化的数据,设计了一种基于外设部件互连标准(Peripheral Component Interconnect,PCI)和FPGA的高速数据采集系统,系统主要包括高线性度模拟光耦模块、高速模数转换模块、同步动态随机存储器控制模块、PCI通信模块、FPGA及其软件系统等。

系统把PCI总线具有的兼容性强,数据传输快等特点和FPGA具有的灵活可编程性结合起来,并引入了高线性度的模拟光耦模块和具有流水线结构的高速模数转换器(THS1206),使系统具有传输速率高、数据处理能力强和抗电磁干扰能力强等特点,仿真和实验结果验证了设计的正确性。

张四维湖南省交通规划勘察设计院有限公司,本科毕业于郑州轻工业大学,主要研究方向为嵌入式系统设计。

王勋志湖南省交通规划勘察设计院有限公司,硕士毕业于中南大学,主要研究方向为嵌入式系统设计。

谭静波湖南省交通规划勘察设计院有限公司,本科毕业于湖南科技大学,主要研究方向为嵌入式系统设计。

关键词:数据采集线性光耦 THS1206 FPGA PCI摘要1 引言在信号处理技术中,数字信号的处理是主流及趋势;而在数字信号处理技术中起关键性作用的就是前期的数据采集工作。

工业现场常常有一些快速变化的数据需要采集,根据香农采样定理,采样频率应该不小于模拟信号频谱中最高频率的2倍,故要求数据采集系统要有高的采集速率。

与此同时,高速采集到的大量数据也需要及时或是实时进行处理,这对采集系统的数据处理器的性能有高的要求。

外设部件互连标准(Peripheral Component Interconnect,PCI)总线是目前最先进的计算机总线之一,具有兼容性强、功能全、传输速率快等特点,它不受限制于具体的处理器,可以为高速的外围设备与中央处理器(CentralProcessing Unit,CPU)之间提供高性能、高吞吐量的数据通路[1]。

基于FPGA和USB的高速数据实时采集系统的设计和实现

基于FPGA和USB的高速数据实时采集系统的设计和实现

0 引言现代工业自动化的发展日新月异,各个领域对数据采集的质量和速度要求都在不断提高。

传统的数据采集设备多采用固定数据接口如USB、串口、网口、SPI 等,本系统中由于项目特殊需求,需要对高速IO 数据进行实时采集传输,所以不能采用传统的仅以DSP 或ARM 作为控制核心的系统设计[1]。

由于FPGA 具有时钟频率高、内部延时小、开发周期短、运算速度快、编程配置灵活、集成度高、功耗低、内部资源丰富等优点,所以本系统中加入了FPGA 芯片控制。

所以,本文设计了一种 FPGA+STM32+USB3300+上位机架构的高速IO 实时数据采集系统,当前硬件配置最高支持IO 的传输速率为30Mb/s,理论上该系统的速度仅受限于SPI实时分析处理。

1 系统原理及组成1.1 系统框架本系统总体架构如图1所示,主要包含FPGA 硬件缓冲及转换协议模块、STM32数据采集及传输模块、USB3300数据上传模块,上位机实时接收及存储模块。

1.2 系统工作原理系统上电后,用户打开上位机采集界面,启动采集,STM32收到命令以后,开始通过SPI 读取FPGA 数据;收到的数据满一包之后,STM32传输数据到USB3300芯片,该芯片通过USB 驱动上传数据给上位机,上位机监测到数据即读取芯片控制电路,STM32F407核心控制电路和USB3300传输通信电路。

FPGA 控制电路比较简单,因为其编程配置灵活,其大部分IO 口可以根据需要配置,在本系统中该芯片主要作用是IO 数据缓UARTetc. Therefore, the system is compatible with multi interface protocol, fast transmission speed, simple structure, real-time and high reliability. After many tests, it is proved that the system can be applied to high-speed data transmission and acquisition, and can meet the requirements of real-time data transmission.Keywords: FPGA ;STM32;USSB3300;USB ;multi interface protocol ;high-speed ;real-time2.2 STM32和USB3300原理图本系统中STM32及USB3300的电路设计都是采用的数据手册推荐设计,如下图3所示。

基于单片机和USB接口技术的高速数据采集系统的设计

基于单片机和USB接口技术的高速数据采集系统的设计

基于单片机和USB接口技术的高速数据采集系统的设计摘要数据采集系统是结合基于计算机的测量软硬件产品实现灵活的、用户自定义的测量系统。

数据采集包括从信号源采集信号,将其进行数字化,存储分析并传递到个人PC上。

通用串行总线(USB)作为一种新的微机总线接口规范.具有便捷、易扩展、低成本、低干扰等特点,非常适合作为主机和外设之间的通信接口。

USB为数据采集设备/仪器与PC机之间的连接提供了一个费用低廉且简单易用的方案。

USB通讯技术的出现,使高传输速度、强纠错能力、易扩展性、方便的即插即用,有机的结合在一起。

USB技术虽然出现的时间并不长,但是由于它的种种优点,被越来越多的厂商和用户所接受.本次毕业设计(论文)设计了一种基于单片机和USB的高速数据采集系统的硬件及固件PDIUSBD12程序设计方案。

关键词数据采集系统;usb接口;单片机4.7.8. acquisition uses a combination of PC-based measurement hardware and software to provide a flexible, user-defined measurement system. Data acquisition involves gathering signals from measurement sources and digitizing the signal for storage, analysis, and presentation on a personal computer (PC).As a new interface Specification.the Universal Serial Bus (USB) has the advantages of convenient、expansibility、low cost and anti—disturbance.So it is fit for the communication interface between the host and available peripherals USB delivers an inexpensive, easy-to-use connection between data acquisition devices/instruments and PCs. USB communication technology can enable high-speed, strong error-correcting capabilities, easy extensibility, plug-and-play convenience, combined with organic. USB technology is not even in the face of a long time, but because of its many advantages, more and more accepted by manufacturers and users. This thesis introduce to the hardware and software design for the high speed dataacquisition system based on Single chip micro computer and USB.Key words data acquisition;universal serial bus interface;Single chip micro computer目录摘要 (I)第1章绪论 (1)1.1研究的背景及目的 (1)1.2国内外研究现状及已有成果 (1)课题的研究方法和内容 (2)第2章总体方案设计 (3)2.1芯片比较 (3)2.1.1单片机选型 (3)2.1.2USB接口芯片的选择 (3)系统的原理及其组成 (5)第3章系统的程序设计 (7)系统的硬件设计 (7)3.1.1P DIUSBD12的性能特点和内部结构 (7)3.1.2 P DIUSBD12的端点描述 (9)3.1.3 P DIUSBD12的指令集 (10)3.1.4 P DIUSBD12的管脚配置 (11)3.1.5 A/D与单片机接口电路 (13)3.1.6 P DIUSBD12与单片机接口电路 (14)3.2.2 P DIUSBD12固件编程的结构 (15)3.2.8 USB设备驱动程序的调用 (17)第4章方案设计的分析及本研究的创新策略 (18)方案的可行性、实验过程、数据的处理及分析 (18)4.1.1系统硬件设计分析 (19)4.1.2系统软件设计分析 (19)本次设计的创新与改进 (20)结论 (21)致谢 (22)参考文献 (23)附录A (24)第1章绪论1.1研究的背景及目的信息技术与电子技术的迅猛发展,使得计算机和外围设备也得到飞速发展和应用。

基于PCIe总线的高速数据采集卡设计与实现

基于PCIe总线的高速数据采集卡设计与实现
are
design,hardware
interface and software program of the
quisition card transfer
state
analyzed and discussed mainly,and the implementation method of high—speed DMA data
模拟输入信号1 模拟输入信号2
需要进行灵活的配置,并且PCIe高带宽优势明显。 本设计使用Ahera公司Cyclone IV GX系列的FP— GA芯片EP4CGX30CF23C8。该芯片集成了PCIe IP 硬核模块,实现×4通道的PCIe接口。IP核采用分层 结构,即分别为物理层、数据链路层、传输层和用户应

收稿日期:2012—06—01 基金项目:辽宁省教育厅高校科研计划项目(LS2010032);中央 高校基本科研业务费专项资金资助(DUT 10JRl4) 作者简介:李木国(1953一),男,辽宁庄河人,教授,主要研究方 向为网络运动控制、图像测量等;黄影(1987一),女,吉林松原 人,硕士,主要研究方向为数据采集接口技术。
3.2
… ~一
32-bit中断服务0x2为允许PCIe产生中断;0x3为DMA 寄存器 传输结束中断
。如8誓盏甚鬻输寄存器每传送一个双字地址自删Ⅱ4
~~
。.
32一bit
DMA传输每传送一个双字自动减4,直到减为0,
MB
字节寄存器DMA传送一次最多为2
… …~
32-bit
DMA传输OxOl:DMA读操作(Pc机到FPGA端); Oxl00:DMA写操作(FPGA端到Pc机)
发挥PCIe高带宽的优势,在FPGA内部开辟了深度为 128 KB的FIFO缓存空间用于缓存A/D采集的数据, 上位机获得数据时可以通过DMA方式传输。 本文所设计的采集卡的关键技术集中在PCIe的 DMA实现上,本节将讨论PCIe传输时数据包的TLP 结构以及基于FPGA实现的PCIe的DMA写操作核心 状态机的设计与实现。

高速公路交通信息自动采集技术

高速公路交通信息自动采集技术

高速公路交通信息自动采集技术一、绪论高速公路交通信息自动采集技术是指通过使用各种传感器设备自动采集道路、车辆和天气等相关信息,并通过无线通信、计算机技术等手段将这些信息传输到监控中心或其他相关机构,以实现对高速公路交通状况的实时监测、分析和预测。

该技术已在高速公路交通管理、安全保障等方面发挥了不可替代的作用,为保障高速公路设施的正常运行和车辆驾驶员的安全提供强有力的支持。

二、自动采集技术的传感器设备1.车牌识别系统车牌识别系统是基于计算机视觉技术的一种车辆自动识别系统,可对车辆牌照进行自动识别和检测。

在高速公路上,通过设置车牌识别设备,可以实现对车辆的流量统计、超速行驶检测等功能,为高速公路交通管理提供有力支持。

2.视频监控系统视频监控系统是指通过摄像头等设备对高速公路交通状况进行实时监测和录像记录。

该系统可以检测车辆驾驶员是否遵守交通规则,对于路面出现的意外情况也可以进行及时处理,提高高速公路的安全性。

3.车道信息采集系统车道信息采集系统是一种通过设置车载传感器、地磁传感器等设备,对车辆的位置、速度、加速度等信息进行自动采集的技术系统。

该系统可以实现车辆的实时追踪和定位,为高速公路交通信息的采集提供有力的技术支持。

三、自动采集技术的数据传输与处理1.数据传输高速公路交通信息自动采集技术通过数据传输的方式将采集到的信息传输到相关部门进行处理和分析。

目前常用的数据传输方式包括有线传输和无线传输两种方式。

其中有线传输一般采用光纤、电缆等传输媒介,其传输速度快且不受信号干扰影响,但同时需要铺设大量的线路;而无线传输则可以通过使用无线信号传输设备,采用移动网络、卫星通讯等方式完成高速公路信息的传输,可获得更大的可移动性和灵活度。

2.数据处理高速公路交通信息自动采集技术采集到的数据需要通过计算机等相关设备进行处理和分析。

数据处理的主要任务包括数据清洗、数据挖掘、数据建模等。

数据清洗主要是对收集到的数据进行筛选,去除噪音和无效信息。

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董 波 汤 鸿 李郝林
( 上海理工大学机械学院, 上海 2 09 ) 00 3
摘 要
分 析 了 目前 各 数 据 传输 方 式 的优 缺 点 ,探 讨 了在 W i o 2 0 / P通 过 动 态 链接 库 采 集数 据 方 法 的权 限 问题 及 解 决 n ws 0 0 X d 方 法。最 后 , 于 1 基 2位 高速 A D板 , 用 所提 出的 方 法在 V 60平 台上 编 写数 据 采 集 程 序 , 合 磨 削过 程 监 测 中声发 射 信 / 使 B. 结 号 采集 的 任务 , 实现 了声 发 射 信 号 的 高速 信 号 采 集 。
_
B R fY A o be s Itg r y e s D u l)A ne e P bi ( s Do be u l x)A u l c
P bi ( s Do be u l y)A u l c
b y VB60 wi h es n e me h ds ar ma t t e pr e t d h to e de.ol c ig h co s i e ison sgn s n e i e c l t t e a u t e n c m s i i al o ralt m
s se 2中就 不 必 声 明详 细 路 径 。 一 种声 明 和第 二种 声 明 的 ytm3 第
不 同点 在 于 第 一 种 有返 回值 。 而 , 非 DL 然 除 L是 专 门为 V B编 写
的 , 则 不 可能 向 DL 否 L程 序 传 递 V B字符 串或 数 组 。 在 编写 V B 实 时 采集 数 据 程 序 不能 使 用 数 组 ,这 一 点 使我 们 在需 要 大 量 数
K y od : t o e t gd e tm m r a c s ( MA ,y a c l kl rr ( L ) e w rsd a c lci .i c e oy c e sD ) n mi i ba D L a l n r d n i y
在恒 力 磨 削过 程 中 ,通 过监 测 声 发 射 信 号 特 征 来 判 断 磨 削 力 的 大小 , 制 砂 轮 的进 退 刀 , 而使 磨 削 力保 持 在 一 个 恒 定 的 控 从 范 围 内 , 削出 高 精度 的 曲线 。 磨 因此 需 要 首 先 能从 计 算 机 l 口 / O 采集 声 发 射 信 号 , 后才 能 进 行 分 析 和控 制 。 然 在磨 削控 制过 程 中 , 先 要 采 集 大 批 量 的 数 据 进行 分 析 , 首 从 中 提取 有 用 的 特征 参 数 , 后 根 据 多 组 特 征 参 数 发 出 控 制 指令 。 然 在 一个 完 整 的磨 削 控 制 周期 内要 实现 读 取 数 据 、 算 分 析数 据 、 计 发 出控 制 指 令 、 行 控制 指 令 等 一 系 列 的 过 程 , 常 机 床 硬 件 如 执 通 丝 杠 和 电机 等 在执 行 工 程 中 会 有 一定 的 时 间延 迟 。 因此 我 们 选 用支持 D MA方 式 的 高速 A D板 ,通 过 自己编 写 的数 据 采 集 程 / 序访 问 A D 板 , 方 法 响 应 速度 快 , 输 量 大 , / 该 传 既能 满 足 一 次 采 集 大 批量 数 据 的要 求 , 又能 减 少 数 据 传 输 的 时 间 , 整 个 控 制 过 为
r g wi DL d h s l n e s s e nal ed n f t bi A/D n e ̄ b ar t e r gr i t n h L an te ove tar dicu s d Fi l bas o as 1 y 2 t co v er o d. p o h am daa col t of t l i ec on
关键词 : 据采集, 数 直接 存 储 器存 取 方 式 , 态 链接 t e e ad nag an diad ana o t y of a a tan f r a e d s v tge f he wa d t r seri ng r an lz d n t i pa ay e i hs per e j tof a a tan f r Th I d t r se ・ mj
据 做 特征 分 析 时遇 到 困难 。在 多次 的 实 验 中 找 到 了传 递 数 组 的
办法 :
例 如在 用 V B调 用 V + 编写 的滤 波 函 数 时 , 明如 下 : C + 声
Pu i De ar n t fftrLb ”l r l B R fX A u l. bl c cl e Fu c i on i i ft l y e s Do be l e i d ( e
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《 工业控制计算机} 0 7年 2 20 O卷第 1 2期
外围板卡的高速数据采集的实现
Da a Co lc ig r m P r h r a dig i gh S e d t l t f e n O e i e y Bo r n n Hi p e p
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