基于FPGA的实时数据采集与远程传输系统设计
一种基于FPGA的实时视频采集与远程传输系统
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Ｖ ＧＡ Ｉ ＳＬ Ｎ ＵＥ∞ ． ｎ
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ＶＧＡ
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Ｉ Ｇ Ｅ Ｎ０７ Ｎ Ｒ Ｅ （： ）
图 ３ Ｃ ｉｓｏｅ 捉 时 序 图 ｈ ｃｐ 捕 ｐ
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Ｖ Ａ Ｉ Ｅ （： Ｇ Ｎ Ｒ Ｄ０７ ）
ＢＵＳ Ｌ ＣＩ ２Ｐ ｋ
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该 控 制器 支 持 Ｄ Ｉ Ｄ Ｐ Ｖ 和 Ｆ 两种 接 口方 式 ， 支持 Ｒ Ｂ和 Ｇ
显 示在液 晶显示 器上 ； 提高信 道容量 ， 程监控 采用 为 远
千 兆 以 太 网 的 传 输 方 式 ， 过 网 卡 芯 片 Ｍ８ Ｅ １ （０ 通 ８ １ １／ １１
Ｂ 。通 过 Ｖ Ｄ 语 言设计 出严格 的 时序 模块 ， Ｈ Ｌ 其
参数可灵活配置 ， 留有足够的信 号建立时间裕量 ， 并 以保
ｕ ｅ ｔ ｅ ｉ ｅ ａ ｑ ｉｉ ｏ ｃ ｉ ＡＤ９ ８ ｆｒ ｉｈ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｖｄ ｏ ａ ｌ ｇ ａ ｄ ｂ ｉ — ｎ ｓ ｓ ｈ ｖ ｄ ｏ ｃ ｕ ｓｔ ｎ ｈ ｐ ｉ ９ ０ ｏ ｈ ｇ — ｅ ｒ ｎ ｅ ｉ ｅ ｓ ｍｐ ｉ ， ｎ ａ ｕ ｌ ｉ ＴＥ ｆ ｎ ｔ ＭＡＣ ｏ ｔ ｌ ｒ ｏ ｓａ ｌ ｈ ｃ ｎ ｒ ｌ ｔ ｅ ｔ ｂ ｉ ｏｅ ｓ
基于FPGA的数据采集及传输系统的设计
效 率 高 ， 于大 数据 量 的 高速 传输 控 制 ＿ 。Ｆ Ｇ 适 】 Ｐ Ａ全 』
部 的控制 逻辑 是 由延 时 更 小 的硬 件 来 完 成 。 由于
场 修改 与分 析 ， 而现场 实现 数字 系统 的单 片设 计 和 从
应 用 。其设 计 陛能 已完全 能够 与 Ａ Ｉ 美 ， 且 由 ＳＣ媲 而 于 Ｆ Ｇ 的逐 步普 及 ， ＰＡ 其性 能价 格 比也 足 以 与 Ａ Ｉ ＳＣ 抗 衡 』 。对 于 系 统 的外 围结 构 （ 图 １所 示 ） 主 要 如 ，
Ｗ ＡＮ ｉｐ ｎ Ｚｈ — ｉ ｇ
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Ａｂ ｔａ ｔ ｎ ｔｅ ｃ ｒｅ ｔ ｓ ｆｃ ｉ ，ｖ ｒ ｕ ｍｂ ｄ ｅ ｈ ｐ ｒ ｓｌ ｉ ｈ ｐ ｗ ｒ ｃ ｎ ｕ ｔ ｎ ｏ ｕ ｐ ｔｏ ｌｗ． Ｔ ｅ ｅｏ ｅ ｓ ｒ ｃ ：Ｉ ｈ ｕ ｒ ｎ ｅ ｏ ｈ ｐ ａ ｏ ｓ ｅ ｅ ｄ ｄ ｃ ｉ ｓ ａｅ ｍｏ ｔ ｈ ｇ ｏ ｅ ｏ ｓ ｍｐ ｉ ｒｏ ｔ ｕ ｆｓｏ ｕ ｉ ｙ ｏ ｈ ｒ ｆｒ ，
基于FPGA的ADC128S022数据采集系统
154本文设计了基于FPGA的8通道12bit分辨率的数据采集系统,利用FPGA控制ADC128S022芯片进行数据采集和模数转换,将采样到的数据与理论值对比,经分析验证,电压值在误差范围内。
该系统设计精简,可广泛应用于实时数据采集与转换。
0 引言数据采集系统是将模拟信号转换为数字信号,利用计算机对信号进行处理[1]。
ADC是数据采集中最重要的部分之一,高精度、高速度的ADC已广泛应用于导航、手持终端、无人驾驶等领域[2]。
现场可编程门阵列的出现,令系统设计拥有高灵活性;与传统单片机作比,FPGA具有数据处理能力强、开发设计周期短等优势。
本文设计了基于FPGA的数据采集系统,选用具有8通道,12位分辨率的ADC128S022芯片,转换速率可达200ksps,利用FPGA对ADC128S022进行控制,实现数据采集,不仅可以将数据存储在RAM中,也能将数据进行处理,最后在PC机显示。
1 ADC128S022数据采集系统的工作原理和时序分析1.1 ADC128S022型数据采集系统工作原理ADC128S022中V A /4096是1bit的电压值,当模拟输入电压小于它1bit所含电压值时,输出数据是0000_0000_0000b,当输入电压比模拟电源V A 减去1bit所含电压值的1.5倍大或相等时,输出数据是1111_1111_1111b。
本设计电源采用独立的模拟供电及数字供电,数值为3.3V,模拟电源和数字电源间用串联磁珠来稳压和滤波[3]。
数据采集系统设计框图如图1所示。
模拟信号输入后,电源模块为各部分供电,在采样时钟下,FPGA对ADC128S022进行控制实现数据采集,通过四线制SPI总线与处理器进行通信[4]。
FPGA对数据进行处理后,根据需求将部分数据存储到RAM中,数据也可在PC端显示。
1.2 ADC128S022型接口时序分析按串行外设接口的时序逻辑来构造控制电路。
设备工作频率是0.8～3.2MHz,将1.92MHz(周期为520ns)设置为工作频率。
基于FPGA的实时数据采集系统设计
ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ｉ ｎ ａ Ｖ ｅ ｒ ｉ ｌ ｏ ｇ Ｈ ｒｄ ａ ｗ ｒｅ ａ Ｄｅ ｓ ｃ ｉ ｒ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｌ ｎｇ ａ ｕ ａ ｇ ｅ （ ＶＨ Ｄ Ｌ ） ｉ ｆ ｌ ｅ ， ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｃ ｏ ｒ ｅ ｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｓ ａ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ． Ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ａｌ ｔ
Ⅺ Ａ Ｘｉ ａ ｎ ｇ － ｌ ｏ ｎ ｇ ， ＣＨＥ Ｎ Ｊ ｉ ｎ － ｐ ｉ ｎ ｇ ， ＨＵ Ｃｈ ｕ ｎ — ｇ ｕ ａ ｎ ｇ （ Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ， Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ３ ０ ０ ０ ７ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
谱仪 的 电子 控制 部分 ，提 出基 于现 场可 编 程 门阵列 （ Ｆ Ｐ Ｇ Ａ ） 的实 时控制 与数据 采 集系 统设 计方 案 。采 用硬 件 描述语 言和 Ｎ ｉ ｏ ｓ Ｉ Ｉ 软 核
处理器系统相结合的设计方式，实现 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ与计算机、探测器 的高速 ＵＳ Ｂ通信，与角度编码器的同步串行通信 ，以及探测器和角 度编码器之间的精确同步控制等功能，完成角度数据和光谱数据的实时采集 。实验结果表明，该系统的同步控制和数据采集性能
中田 分类号ｔ Ｔ Ｐ ３ １ ６
基于 Ｆ Ｐ ＧＡ 的 实 时数据 采 集 系统设 计
基于FPGA的高速数据采集系统设计
基于FPGA的高速数据采集系统设计随着科学技术的不断进步，数据采集系统在许多领域都发挥着重要作用。
为了满足高速数据采集的需求，基于现场可编程门阵列（FPGA）的高速数据采集系统设计应运而生。
本文将介绍这一系统的设计原理和关键技术。
首先，我们需要了解FPGA的基本原理。
FPGA是一种可编程的硬件设备，可以根据需要重新配置其内部逻辑电路。
这使得FPGA在数据采集系统中具有极大的灵活性和可扩展性。
与传统的数据采集系统相比，基于FPGA的系统可以实现更高的采样率和更低的延迟。
基于FPGA的高速数据采集系统设计主要包括以下几个关键技术。
首先是模数转换（ADC）技术。
ADC是将连续的模拟信号转换为数字信号的关键环节。
在高速数据采集系统中，需要使用高速、高精度的ADC来保证数据的准确性和完整性。
其次是FPGA内部逻辑电路的设计。
为了实现高速数据采集，需要设计高效的数据处理逻辑电路。
这些电路可以实现数据的实时处理、存储和传输等功能。
同时，还需要考虑电路的时序约束和资源分配等问题，以确保系统的稳定性和可靠性。
另外，时钟同步技术也是高速数据采集系统设计的重要内容。
在高速数据采集过程中，各个模块需要保持同步，以确保数据的准确性。
因此，需要设计合理的时钟同步方案，保证各个模块在同一个时钟周期内完成数据的采样和处理。
最后，还需要考虑系统的接口和通信问题。
基于FPGA的高速数据采集系统通常需要与其他设备进行数据交互，如计算机、存储设备等。
因此，需要设计合适的接口和通信协议，实现数据的传输和存储。
综上所述，基于FPGA的高速数据采集系统设计涉及多个关键技术，包括ADC技术、FPGA内部逻辑电路设计、时钟同步技术以及接口和通信问题。
通过合理的设计和优化，可以实现高速、高精度的数据采集，满足现代科学研究和工程应用的需求。
这将为各个领域的数据采集工作带来巨大的便利和发展空间。
基于FPGA的全景图像采集与远程传输系统
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基于 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ的全 景 图像 采 集 与远 程 传 输 系统
张 忠 民 ，牛 功 喜
（ 哈 尔 滨 工 程 大 学 信 息 与 通信 工 程 学 院 ，黑 龙 江 哈 尔滨 摘 １ ５ ０ ０ ０ １ ） 要 结 合 国 内外视 频 采 集传 输 的技 术 特 点 ，介 绍 了一 种基 于 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 的 全 景 图像 高速 采 集 与 网 络 传 输 系统 的 实
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｈａ ｒ ｂ ｉ ｎ １ ５ ０ ０ ０ １ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｖ ｉ ｄ ｅ ｏ ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ， ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ — ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ａ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ ｈ ｉ ｇ ｈ — ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｐ ａ ｎ ｏ ｒ ａ ｍｉ ｃ ｉ ｍａ ｇ ｅ ａ ｃ ｑ ｕ ｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ． Ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｎ ｏ ｒ ａ ｍｉ ｃ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｓ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｄ ｍｉ ｒ ｒ ｏ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ Ｃ Ｓ Ｃ１ ２ Ｍ２ ５ＢＭＰ１ ９ ＣＣＤ Ｃａ ｍｅ ｒ ａ ． Ｔｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｓ ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ — ｐ ａ ｒ ａ ｌ ｌ ｅ ｌ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｄ ａ ｔ ａ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ＤＳ ９ ０Ｃ Ｒ２ ８ ８ Ａ ｃ ｈ ｉ ｐ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｃａ ｍｅ ｒ ａ Ｌｉ ｎ ｋ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ， ａ ｎ ｄ Ｍ ＤＲ ２ ６ ｉ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ． Ｆ Ｐ ＧＡ ｃ ｈ ｉ ｐ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｄ ｏ ｍｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｃ ｅ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｃ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｈ ｉ ｇ ｈ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｖ ｉ ｄ ｅ ｏ ｄ ａ —
基于FPGA的实时数据采集与处理系统
中 国新技术新产品
一３ ３—
［ 吴德 鸣 ， ３ ］ 陆达． 通信 中基 于 Ｆ Ｇ 高速 Ｐ Ａ的 Ｐ Ｉ Ｃ 总线接 １研 究与设 计 ， ３ ＇ 计算机 应 用。２０ ．． ０ ５７ 『 ４ ］周俊容 ．高速 数据 采 集 系统 ，电子工 程师
２ ０ ．． ｏ ５ ５
ｋ ＿ａ３： 一 魁ｄ ｄｔ １ ） （ Ｏ
关 键词 ：Ｐ Ｆ ＧＡ； Ｃ ； Ｐ Ｉ 实时数 据 采集 处理
１引 言
伴 随着 科技 的发 展 和数 据采 集 系统 的应 用， 对数据 采集与信 号采集 系统 的各项 指标提 出 了越来越 多 的要 求 ，它 广泛应 用于 雷达 、 通 信、 遥测遥 感等领 域。传统 方法通 常采 用单 片 机 或者 Ｄ Ｐ 为核 心芯片， Ｓ作 由于单 片机 的时钟 频 率相对较 低 ， 运行 软件 的时间 占采用 时间很 大的 比例 ，很难 适 应高 速采 集 暴 统的要 求 。 ＤＰ Ｓ 运行速 度虽然 快 ， 但是 不能 够完成 外 围的 硬件 逻辑 控制 。Ｆ Ｇ Ｐ Ａ时钟频 率 相对 比较 高 ， 延时小 ，Ｐ Ａ采用 Ｉ 内核技 术 ，可 以集成 外 ＦＧ Ｐ 围控制 和接 口电路。 系统 主要应用 于基 于激 该 发荧 光和激 光 多普 勒技 术 的浮游 植 物粒 径分 布现场 在线监测 系统 中的数据 采集部 分 ， 有 具 较强信 号处理 能力和较 大数据 吞 吐量 ，在信 号捕获 ， 测量 ， 分析 系统 中具有广 泛实用性 。 ２系统硬 件结 构
ｐ ｌ ｋ ｄｔ ｒａＪ ａ￣ｅ ａ ｄ
参 考 文 献
Ｐ ｌ８ 嘴 一 ｓ ｌ ～ ｔ ｄｅ 』ｓ ｌ Ｌ ｙ 柳 ｊ ｐ Ｌｒ ｓ ｓ Ｕ 臻鹂ｙ １ ＿ 一
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基于FPGA的数据采集系统研究的开题报告
基于FPGA的数据采集系统研究的开题报告一、研究背景FPGA（可编程逻辑门阵列）已经成为当今数字电路设计中的重要工具之一。
它具有高速、低功耗、可重构等优势，已广泛应用于各种领域中，例如通信、图像处理、数字信号处理等。
随着数据采集系统在各个领域的广泛应用，越来越多的需要用FPGA来实现数据采集系统，以满足高速、大容量、高精度等要求。
二、研究目的本课题旨在设计并实现一个基于FPGA的数据采集系统，实现数据的实时采集、存储和传输。
通过本课题的研究，可以进一步了解FPGA在数据采集系统中的应用，以及在FPGA设计中的技术难点和解决方案，以此改进现有的数据采集系统，提高系统的性能和可靠性。
三、研究内容和方法本课题将从以下几个方面进行研究：1.数据采集系统的设计与实现：根据数据采集系统的功能要求，设计系统的硬件部分以及软件部分，完成系统的实时采集、存储和传输功能；2.FPGA设计技术的研究与应用：深入研究FPGA的设计原理和技术，在FPGA设计中充分利用其可重构的特性和并行计算的能力，提高系统的效率和性能；3.系统调试和测试：对系统实现的正确性和可靠性进行测试，并不断优化和改进系统设计。
四、研究难点1.硬件设计与软件设计的衔接问题：硬件与软件的设计需要有良好的衔接，否则会影响系统的后期使用效果；2.FPGA并行计算的实现难度：FPGA并行计算的实现需要进行动态的资源分配，避免资源浪费和冗余，同时要保证逻辑的正确性；3.系统调试和测试的难度：针对FPGA的系统，其调试和测试难度较大，需要有专业知识和技能的人员指导。
五、预期成果和意义本课题预期将设计并实现一套基于FPGA的数据采集系统，实现数据的实时采集、存储和传输等功能，同时还可以学习和掌握FPGA设计技术，提高软硬件设计的水平和实际操作能力。
此外，通过本课题的研究，还可以提高数据采集系统的性能和可靠性，为空间数据采集等领域提供更好的数据服务支持。
基于FPGA的数据采集系统设计与实现
了异步传输 中跨时钟域造成的亚稳态问题 ［ ５ １ 。在本 数据采集系统的设计中采用异步 ＦＦ ＩＯ的方式来解
图 ２ 数 据 采 集 系统 数 据 流 程
决跨时钟域 的数据传输 问题 。因为本数据采集系统 是针对 Ａ Ｃ芯片的测试所用的， Ｄ 因此数据采集接 口 的数据率不是 固定 的 １０ Ｈ ｘ４ｉ 而 Ｄ Ｒ 控制 ５Ｍ ｚ５ｂ ， Ｄ ２ ｔ 器的用户接 口和 Ｇ Ｅ控制器接 口数据率是 固定的 ， 分别为 １０ Ｈ ｘ １ｂ 和 １５ ｚ ２ｉ ５ Ｍ ｚｌ２ｉ ｔ ２ＭＨ ｘ ｂ ，所 以选用 ３ ｔ 异步 ＦＦ ＩＯ可以使 系统更加灵活。
基于 Ｆ ＧＡ的数据采集系统设计与实现 Ｐ
张 泽 军 ， 平 分 林
（ 北京工业 大学 嵌入式 系统重点 实验 室， 北京， １ ４ １０２ ） ０
摘要 ： 设计 并 实现 了一种基 于 ＦＧ Ｐ Ａ的 高速 数据 采 集 系统 ， 端 系统 用于采 集 目标 Ａ Ｃ芯 片 的数 字输 出， 后 Ｄ 将 采集后 的数据传 输 至 Ｐ Ｃ机再 进行 分析 。数据 采 集 系统 采用 ＤＲ Ｄ Ａ 储 、 兆 以太 网 （ ｉａ ｉ Ｄ ２ＳＲＭ存 千 Ｇ ｇｂ ｔ
数据传输及控制。同时 ， 模块还负责 Ｇ Ｉ Ｆ Ｅ控制器、
图 １数 据 采 集 系统 框 图
Ｄ Ｒ Ｄ ２控制 器 的用户 总线及 外 部数 据采 集 接 口之间
ｈ¨ ｎ ． ｈ ｎ ｎＡ 、 ，ｍ ａ ， ， ｎ ／ ｓ Ａ ｉ， ；、 １ 、
Ｌ一设 — 计
巾国集成电路
Ｃｈｉ ｎａ ｎｔ Ｉ ｅｇ ｒ ｅｄ ｉｃｕ ｉ ａｔ Ｃ ｒ ｔ
块 ，其 功 能 相 当 于 一 个 Ｄ ＭＡ （ ｉ ｃ Ｍ ｍ ｒ Ｄｒ ｔ ｅ ｏｙ ｅ
基于FPGA的ADC采集系统的设计_毕业设计论文
基于FPGA的ADC采集系统的设计摘要基于FPGA在高速数据采集方面有单片机和DSP无法比拟的优势，FPGA具有时钟频率高，内部延时小，全部控制逻辑由硬件完成，速度快，效率高，组成形式灵活等特点。
因此，本文研究并开发了一个基于FPGA的数据采集系统。
FPGA的IO口可以自由定义，没有固定总线限制更加灵活变通。
本文中所提出的数据采集系统设计方案，就是利用FPGA作为整个数据采集系统的核心来对系统时序和各逻辑模块进行控制。
依靠FPGA强大的功能基础，以FPGA作为桥梁合理的连接了ADC、显示器件以及其他外围电路，最终实现了课题的要求，达到了数据采集的目的。
关键词FPGA A/D转换AbstractFPGA is better than microcontroller and DSP in high speed data acquisition, FPGA has higher internal clock frequency, smaller delay than DSP,and all the control logic of FPGA is completed by hardware, FPGA has fast speed, high efficiency, and so on. Therefore, this paper introduces and develops a data acquisition system which is based on FPGA.The I/O pin of FPGA can be defined yourself without fixed limit,it’s very flexible. This design of data acquisition system use FPGA as the data acquisition system core to control the timing and the logic control module. Relying on the powerful function of FPGA, FPGA can connect ADC, display devices and other peripheral circuits, finally we can achieve the requirements of the subject, and the purpose of the data collection。
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按照操作模式将有关选择信号固 " # $ % 的 控 制6 定6 这样 " 6 # $ %只需控制 ) ( N ( ’6 ’ U * ;8 ’ U d 由于转化后的串行 7 8 %’ % 和’ U N * 8 等 4组信号 ! 数据流的速率是输入并行数据的 1 因此 " F倍 6 # $ % 控制并行数据输入的速率为 1 此外 6 由于系 1;‘e ! 统 时 钟 频 率 较 高6 # * D设 计 时 需 要 仔 细 考 虑 各 种
图 1 数据采集系统总体结构
每次数据采集过程中 6 " # $ % 对外部采样同步 信号进行分频和整形 6 送到各块信号转换板触发其 进行 %7 的 :;< 7 8 采样和按 * %9 地址顺次输出 1 = 串行数据流 !" # $ % 接收数据和其他外部信号量 6 进行串并转换 > 数学处理 > 前向纠错 ? 编码后 6 @ " ( * 再控 制 * C : 5 C芯 片 进 行 4 7 E AB * D D编 码 和 并 串 转 化后 6 通过光纤传送到远端的接收方 ! 每块信号转 换板有 1 每个通道在一次采样中提供 2 2 5个通道 6 F 并不 的数据 ! 这样 6 虽然数据流的速度 1 :;< 7 < G H = 是很 高 6 当使用 1 F块 信 号 转 换 板 时 每 次 采 集 的 数 据量也只有 2 但如果按系统要求依次对 E: F F< 6 G H 数据进行各项处理则需要大概 1: 当系统要 F FI 6 = 求以 最 小 采 样 周 期 B 5 FI ? 1=扫 描 12 5 F个 采 样 = 点@ 进行连续采 集 时 6 如何保证数据的实时性和准 确性就成为系统设计的难点和关键 !
万方数据
第 3期
崔俊杰 6 等l 基于 " # $ % 的实时数据采集与远程传输系统设计
3 : B
的采样和信号处理模式 !" # $ % 为 %& ’ ( ) % 公司 系列中的 ( 主要负责数据 1 1 2 3 2 4 5 6 * + , . / 0 # * " * 的采集与处理 !
背板上的终端匹配电阻为 4 数据信号的连接为 FW ! 菊花链形式 6 属于点对点的 & 因而分别 M8 N连 接 6 采用 8 C F 3 1 C F 3 2 N & MF %和8 N & MF % 作为驱动器和 接 收器 !& M8 N线路在 # * D设计时注意了器件 紧 邻接口 > 差 分 信 号 线 基 本 等 长 等 要 求6 并采用了外 带 磁 环 的 双 绞 线 作 为 传 输 媒 质6 取得了很好的效 果!
3 P 到越来越广泛的运用 O !
f g h i j 实时数据处理流水线的 实现
! " # $ % 中数据采集和处理的控制结构见图 2 表 1按 照 数 据 处 理 的 顺 序 给 出 了 相 关 主 要 模 块的功能 > 主 频 及 其 一 次 数 据 处 理 的 时 间6 其中时 间参数的误差在 k1I 之内 ! 从表 1中可以看出 6 = 顺次 完 成 一 次 数 据 处 理 的 整 个 流 程 需 要 约 1: F F 要满足以最小采样周期 连续采集时数据 6 B 5 FI I = = 的实时性 和 准 确 性 6 同 时 避 免 大 量 的 数 据 缓 存6 必 须采用流水线作业的方式 ! 流水线设计的关键在于 整个设计时序的 合 理 安 排 和 前 后 级 接 口 间 数 据 流 速的匹配 6 这对于多处模块接口存在时钟异步的本 系统而言 6 显得尤为重要 !
第* 卷第 ’ 期 # * # # +年 &月
数
据
采
集
与
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理
4 q t { ? w r q s 5 w u w1o ’ t > # > u > q ?% / { q o x # # > ? |
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3 数据采集系统的总体设计
系统采用 4 如图 "所 / !9. / 0 1 的整体结构 2 示6 4 / ! 选 用 的 15 8z = 公 司 基 于 17 8(核 的 主要负责系统管理 " + 3 # #工 业 级 处 理 器 2 15& 8+ 和解 析 上 位 机 的 指 令 来 配 置 信 号 转 换 板 和 . / 0 1
J K J XY Z [ \ ] ^
数据采集系统与远端接收方之间的距 离 约 2 E 传输速度要求为 1 左右 6 每次传输数据 1 F;< 7 _6 = 量为 1E 3 :个字节 !考虑到系统对数据的精度和完 整性的严格要求 6 两 者 之 间 采 用 了 ‘a’ & G / b的 连 接方式 6 传输媒质为光纤 !‘a’ 公 & G / b是 * + S R 0 = = 司的高速长距离点对点串行通信产品系列 6 传输速 率可达到 1E F F;< 7 !‘a’ = G / b产品在发送端将 数据进行编码和并串转换 6 接收端进行解码和串并 转换 ! 发送端在无有效数据时自动发送空数据 6 接 收端能自动恢复时钟 6 传输的理论误码率为零 ! 本系统选用了 * 公司的 * C : 5 C作为 + S R 0 = = AB * 采用 ) ‘a’ & G / b 发 送 器6 ( " * & c控制的同步模 式6 使能内部 " 4 7 E V " a 和 5< G H D D编码 !为了简化
基于 . / 0 1 的实时数据采集与远程传输系统设计
崔俊杰 2郭 宏
北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院 2 北京 2 ) " # # # 3 ’ , 摘要 ! 针对 4 提出了一种基于可编程逻辑门阵 5 机扫描过程中对数据采集的快速性和传输的精确性的严格要求 2 列) 技术的实时数据采集与远程传输的设计方案 6 该 方 案 采 用 了 17 利用 . . / 0 1, 89. / 0 1 的体系结构2 / 0 1 实现了数据采集 : 缓冲 : 格式转换 : 前向纠错编码和 ;<5 并在数 = > ? @传输控制等实时信号处理的线 性 流 水 阵 列 2 据链路的物理接口和远程传输的精确度保障等方面提出了可靠的解决方法 6 同时 2 给出了一种 利 用 . / 0 1进行 高速高精度模拟量采集的方法 6 该方案成功地应用到通用电气公司某型号 4 5 机中 6 关键词 ! 数据采集 A 可编程逻辑门阵列 A 纠错 A 远程传输 中图分类号 ! " & C ’ 5 B& 文献标识码 ! 1
4 P 电磁干扰的影响 O !
J 数据传输的物理接口
J K L 低电压差分信号
" # $ % 与信号转换板之间的采样信号和数据 信 号均采用了低电压差分信号? 的物理接 @ & M8 N 口 !& 低电压摆幅的差分 M8 N是一种电流源驱动 > 信号 技 术6 与) 4 2 2 7 4 5 E 6 7 N ( * & # ( * &等 方 式 相 比 较6 它具有极低的功耗和噪声 > 高达 : 的传 E E;< 7 = 输速率> 低 廉 的 成 本 和 终 端 适 配 简 单 的 优 势6 正得
收稿日期 ! 修订日期 ! * # # $ % " # % * $ A * # # + % # " % " ’
了最高 " 的处理能力 A 文. 通过寻找各个 #8} 2 * / # 模 块数 据处 理时 间 的 最 优 分 配 点 来 提 高 系 统 整 体 的数据吞吐量 6 本文则注重灵活利用多种简单 : 有 效的数据同步接口技术 2 在多时钟系统中成功实现 了数据采集 : 实时处理和传输控制的流水线作业 6
!5 S & F R X M T R qw o p > x " xu p x# u { > o u { x ’ t > { x vx ? u # s q { { w ( > y ? x # # q s u p xy w u ww o ’ t > # > u > q ?w ? yu p x( { x o > % 2 % # > q ?q s y w u wu { w ? # v> # # > q ?y t { > ? |u p x# o w ? ? > ? |q s 4 5 vw o p > ? x # wy x # > | ?w ( ( { q w o ps q {u p x{ x w r * ’ t > # > u > q ?w ? y{ x vq u xu { w ? # v> # # > q ?# $ # u x v) w # x yq ?. / 0 1u x o p ? q r q | $> #( { x # x ? u x y u > vxy w u ww o % 5 p xw ( ( { q w o pw y q ( u #w ?q " x { w r r # u { t o u t { xq s 17 89. / 0 1w ? y{ x w r > + x #w{ x w r u > vx# > | ? w r ( { q % 2# 2s 2. o x # # > ? |w # # x v) r $r > ? xq sy w u ww o ’ t > # > u > q ? u q { w | x q { vw uo q ? " x { # > q ? z 4 o q y > ? |w ? y *1? ;<5 = > ? @u { w ? # v> # # > q ? y# q vxx s s x o u > " xvx u p q y #w { x| > " x yu qx ? # t { xu p x{ x r > w ) > r > u $q s u p x *1 p % % ( p $ # > o w r > ? u x { s w o x #w ? yu p x( { x o > # > q ?q s u p x{ x vq u xy w u wu { w ? # v> # # > q ? > | p # ( x x yw ? yp > | p *5 ( { x o > # > q ?vx u p q yu qw o ’ t > { xw ? w r q |# > | ? w r #> #w r # q( { q ( q # x y p xw ( ( { q w o p> #w ( ( r > x y> ?u p x4 5 * # o w ? ? x { ( { q y t o x y) $0 z4 q { ( q { w u > q ? !y A. A{ ZJ X W F w u ww o ’ t > # > u > q ? / 0 1Ax { { q { o q { { x o u > q ? x vq u xu { w ? # v> # # > q ? ,E 高速数据的 采 集 与 处 理 是 工 业 控 制 和 测 量 系 统的 重要 组成部 分 2 近年 来 2 与. / 0 1 技术的结合 逐渐成为其发展的一个新方向 6 与采用分离元件搭 建电路的传统模式相比 2 基于 . / 0 1 技术的新型数 据采集系统在处理速度 : 成本 : 可靠性 : 开发周期和 扩展能力等方面具有明显的优势 6 在对实时性要求较为严格的数据采集系统中 2 运用 . / 0 1 技术 的关键之 一在 于如何 合 理 地 控 制 与协调数据流在各个处理模块之间的传输 2 来实现 所要求的数据吞吐能力 6 文 . 采用了对数据流先 " / 分割再合并的 0 以面积换取速度 1 的设计思路 2 实现