基于FPGA的高速多路视频数据采集系统

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基于C8051F360和FPGA的高速数据采集系统设计

中图分类号：Ｎ７Ｔ７２文献标识码：Ａ文章编号：０８— １９２１００７一ｏ１０７０（００）３— ０２４
随着雷达、信、测遥感、学成像等技术应用领域的不断扩展，瞬态信号采集、通遥医在图像信号处理等一些高速、精度的测量中，高都需要进行高速数据采集，人们对数据采集系统的精度、速率和存储量等
单片机或数字信号处理器具有处理灵活，设计方便，成本低廉等突出的优点，常适合于数字音频、非数字视频等信息的数字化信息的处理。另一方面，采用单片机或数字信号处理器（Ｓ）制ＡＤＰ控Ｄ转换
器实现数据采集时，由于采用程序控制，到指令执行速度的限制，较低的采样速率难以实现对高频受其
广泛的应用。本文提出的高速数据采集系统应用目标是便携式医用Ｂ超设备内超声回波信号的量化
采集。
１系统设计
高速数据采集系统采用单片机和ＦＧＰＡ相结合的设计方案。系统框图如图ｌ示。模拟信号经过所调理后送高速ＡＤ转换器，ＦＧ内部的控制逻辑实现对高速ＡＤ转换器的控制和数据存储，片／由ＰＡ／单机通过系统总线实现与ＦＧＰＡ的接口，通过该接口获取原始数据，然后通过算法完成对数据的处理及应
模拟信号

基于FPGA的多通道ADC采集及DAC回放设计

基于FPGA的多通道ADC采集及DAC回放设计苏宁馨【摘要】在电子通信以及自动化等应用领域中,系统终端信号多以模拟量的形式直观存在并使用,因此模拟量采集和回放电路的设计尤为重要。

由于各系统对采集数据的速度、精度和可靠性指标的要求不同,现提出一种基于FPGA的多通道ADC模拟量采集及DAC回放电路的设计。

重点介绍了以5CEFA2F23CB规格的FPGA作为核心处理器,以VerilogHDL语言实现的采集和回放电路的设计过程,并分别采用SignalTap逻辑分析仪和示波器对数据进行捕获、分析和验证。

系统运行稳定可靠,功能完整实现,效率和精度高,可扩展性强。

【期刊名称】《太原学院学报：自然科学版》【年(卷),期】2019(037)001【总页数】6页(P60-65)【关键词】FPGA;ADC模拟量采集;DAC回放;SignalTap逻辑分析仪【作者】苏宁馨【作者单位】[1]安徽新华学院,安徽合肥230088【正文语种】中文【中图分类】TP2740 引言电子通信行业的蓬勃发展,带动了自动化、航天航空、电子制造等产业的革新。

在各产业系统终端数据的观察中,信号多以模拟量的形式直观存在并应用。

围绕系统终端模拟量采集的工作,行业上和技术上也提出了很多种方法和尝试,近年来模拟量采集电路的设计多以数模转换集成电路的形式出现,在机载系统和航天航空领域也逐渐提出了基于PLC、STM32的方式方法和尝试[1]。

由于不同系统存在环境的差异性,对多通道模拟信号采集数据的速度、精度、系统的稳定性的衡量和要求都有所不同,这就使得对采集系统提出了更高的要求。

为满足数据采集存储的可靠指标以及不同环境下的采集要求,现提出一种基于FPGA的多通道ADC模拟量采集及DAC回放电路的设计。

该电路可通过软件算法提高采集精度,并保证系统硬件电路运行的稳定性和可靠性,应用领域也得到了很好的扩展[2]。

1 系统开发工具及总体设计基于FPGA的多通道ADC模拟量采集及DAC回放设计,系统硬件部分采用Altera 公司现下最为流行的一款FPGA(Cyclone Ⅴ系列的5CEFA2F23CB核心处理器);模拟量采集部分选择ADC084S021 作为主要元件;回放部分则采用 DAC084S085 作为模拟信号回放输出。

Xilinx Kintex-7系列FPGA高速采集卡中文资料

Xilinx Kintex-7系列FPGA高速采集卡中文资料基于Xilinx Kintex-7 FPGA，XC7K160/325/410T FBV676可选，DDR3 256MB/512MB可选，NOR FLASH 256Mb，可根据开发需求自由搭配，成本可控；工业级FMC连接器，支持高速ADC和DAC等FMC标准模块；PCI Express 2.0标准，提供PCIe x2高速数据传输接口，单通道通信速率可高达5GBaud； Serial Rapid I/O，提供SRIO x2高速数据传输接口，单通道通信速率可高达5GBaud； SFP+光纤接口，传输速率可高达10Gbit/s；集成千兆网及I2C等常见接口，拓展能力强；提供板卡原理图和丰富的开发例程，入门简单。

图 1 Xilinx Kintex-7 FPGA基本参数图 2 TL-K7FMC采集卡正面图图 3 TL-K7FMC采集卡侧视图1图 4 TL-K7FMC采集卡侧视图2图 5 TL-K7FMC采集卡侧视图3图 6 TL-K7FMC采集卡侧视图4TL-K7FMC采集卡是一款由广州创龙基于Xilinx Kintex-7系列FPGA自主研发的FMC数据采集卡，可配套广州创龙TMS320C6655、TMS320C6657、TMS320C6678开发板使用。

TL-K7FMC采集卡完全支持PCI Express 2.0标准，串行高速输入输出SRIO总线通过HDMI接口提供稳定、可靠的高速传输能力，为产品的快速成型提供极大的便利。

TL-K7FMC 采集卡的FMC接口不仅简化了I/O接口模块设计，提供高速的接口通信能力，而且提高了模块的利用率，标准化设计使产品有更好的通用性。

1 典型运用领域✓ 高速数据采集系统 ✓ 音视频数据处理系统 ✓ 图像处理设备 ✓ 软件无线电设备 ✓ 通信系统 ✓ 高精度仪器仪表 ✓ 高端数控系统2 软硬件参数硬件参数Kintex-7Xilinx® 7 series28nm Technology Low Cost FPGAKintex-XADCCDCM 61002DDR3SPI FLASHEEPROM AT24C02UARTJTAGOSC 25MHzPHYASP-134488-01400PIN ArrayRESETLED710-1100-304848PIN 2.54mmPCIE GEN2 x4Serial Rapid IOx2SFP+图 7 TL-K7FMC 采集卡硬件框图图8 TL-K7FMC硬件资源图解1图9 TL-K7FMC硬件资源图解2表1CPU Xilinx Kintex-7 FPGA，XC7K160/325/410T FBV676 RAM 256MByte/512MByte DDR3ROM 256MBit NOR FLASHEEPROM 2KBit网络10/100/1000M ETHERNET光纤接口1x SFP+LED1x 供电指示灯3x 可编程指示灯按键1x 复位按键2x 用户可编程按键拓展IO 1x SRIO TX，1x SRIO RX，2通道，单通道最高速率5GBaud，HDMI座1x PCIe 4x(Gen2)，2通道，单通道最高通信速率5GBaud2x 48pin欧式连接器，GPIO拓展1x I2C，HDMI座1x PMOD1x XADC1x FMC，400pin仿真器接口1x 14pin JTAG接口，间距2.00mm启动方式1x 2bit启动方式选择拨码开关串口1x UART，Micro USB接口，提供4针TTL电平测试端口电源开关1x 电源拨码开关电源接口1x 12V 2A直流输入DC005电源接口，外径5.5mm，内径2.1mm 软件参数表 2Vivado版本号2015.23开发资料●提供采集卡原理图、入门教程、丰富的Demo程序；●提供与DSP通信教程，完美解决DSP+FPGA异构平台通信开发瓶颈；●提供完整的软件开发包，以及配套的开发文档。

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的实时数据采集与处理系统

中国新技术新产品
一３３—
［吴德鸣，３］陆达．通信中基于ＦＧ高速ＰＡ的ＰＩＣ总线接１研究与设计，３＇计算机应用。２０．．０５７『４］周俊容．高速数据采集系统，电子工程师
２０．．ｏ５５
ｋ＿ａ３：一魁ｄｄｔ１）（Ｏ
关键词：ＰＦＧＡ；Ｃ；ＰＩ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ＤＰ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。ＤＰＳ运行速度虽然快，但是不能够完成外围的硬件逻辑控制。ＦＧＰＡ时钟频率相对比较高，延时小，ＰＡ采用Ｉ内核技术，可以集成外ＦＧＰ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
ｐｌｋｄｔｒａＪａ￣ｅａｄ
参考文献
Ｐｌ８嘴一ｓｌ～ｔｄｅ』ｓｌＬｙ柳ｊｐＬｒｓｓＵ臻鹂ｙ１＿一
ｄＪｔ— ａｅｌｐ／ｅｓｌ１ｃｄｖｅ一＿一ｉｍｊｊＰ』蜒颤ｐｉｓｐ１ｇｔ一ｏｐ￣ｄ— — ｄｙｉ—

基于FPGA与DSP的雷达高速数据采集系统

Ｍｅｎｈｌ，ｏｎｃｉｇｔｅｄｇｔｌｓｇａｒｃｓｏｏＡＤｃｎｅｔｒｄｒｃｌｕｄｌａｏｔｅｎｔｉｌａａｔａｓｅ，ｎａｗｉｃｎｅｔｈｉｉｉｌｐｏｅｓｒｔ／ｏｖｒｅｉｅｔｗｏｌｅｄｔｏ－ｍｅｙｄｔｒｎｆｒａｄｅｎａｎｙｈｔａｅｔｙ￡ｍ’ ｒｌｂｌｙａｄｒａ－ｉ．ｈｓｐｐｒｐｏｏｅｉｈｓｅｄｄｔｃｕｓｔｎｓｓｅｂｓｄｏＰｎＰｆｃｓｓｅｓｅｉｉｔｎｌｔａｉｅｍｅＴｉａｅｒｐｓｄａｈｇ－ｐｅａａａｑｉｉｏｙｔｍａｅｎＦＧＡａｄＤＳｉａｍｉｇａｈａｅａａｃｏｓｇａ．ｅｄｔａｓｒｅｗｅｎＡ／ｃｎｅｔｒａｄｔｅｈｇ —ｐｅｘｅｎｌｍｏｉｔｒｃｉｎｔｔｅｌｓｒｒｄｒｅｈｉ１ＴａａｔｎｆｔｅＤｏｖｒｅｎｈｉｈｓｅｄｅｔｒａｎｈｒｅｂｍｅ￣ｎｅｆｅａ
ｆＡＤｎｈａａｔｒｆＥＦｗｅｅｄｓｒｅ，ａｄｔｅｔｏＣａｄｔｅｐｒｍｅｅｓｏＭＩｒｅｃｂｄｎｈｉｎｒｔｇａｄｒａｉｇＦＦａｉｌｔｄＴｅｋｙｉｍｉｇｏｗｉｉｎｄｎＩＯｗｓｓｍｕａｅ．ｆｎｅｈｅ
时序以及ＤＰ的ＥＦ的设置参数，并对异步ＨＦ数据读写进行仿真。结合硬件结构详细地分析设计应注意的问ＳＭＩＯ

基于FPGA和DSP的多路信号采集系统的设计

Ａｓ＆ＡＰ
ＲＴＳ＆ＡＰ霞ＰＬｌＣＡＴＩｏＮＳ疆耱 ■
【本文献信息】王剑飞，程耀瑜，王鹏，等．基于ＦＰＧＡ和ＤＳＰ的多路信号采集系统的设计［Ｊ］．电视技术，２０１３，３７（２３）
基于ＦＰＧＡ和ＤＳＰ的多路信号采集系统的设计
王剑飞，程耀瑜，王鹏，王晓鹏
（中北大学信息与通信工程学院，山西太原０３００５１）
【摘
要】描述了一种能够采集１６路模拟信号并具有实时数据处理能力的多路信号采集与处理系统。该系统采用高速Ａ／Ｄ转
ｓｉｎａｇｌｓ．Ｉｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．ａＦＰＧＡｉｓａｃｔｅｄａｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｕｎｉｔｔｏｇｅｎｅｒａｔｅｔｉｍｅｓｅｑｕｅｎｃｅｔｏｃｏｎｔｒｏｌｈｉｓｈ —ｓｐｅｅｄＡ／Ｄｃｏｎｖｅｔｅｒｒｔｏｃｏｎｖｅ￣ｍｕｌｔｉ —ｃｈａｎｎｅｌａｎｌｏａｇｓｉｎａｇｌｓｉｎｔｏｄｉｇｉｔｌａｓｉｇｎａｌｓａｎｄｔｈｅｒｅｌ－ａｔｉｍｅｄａｔａａｒｅｐｒｏｃｅｓｓｅｄｂｙｔｈｅＤＳＰ．ＩｔｓｗａｖｅｆｏｒｍｉｓｄｉｓｐｌａｙｅｄｏｎｔｈｅｃｏｍｐｕｔｅｒｔｈｒｏｕｇｈＣＣＳ３．３ｓｏｆｔｗａｒｅ．ＴｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｓｙｓｔｅｍｎｄａｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｄａｔａｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎＦＰＧＡｎｄａＥＭＩＦｉｎＤＳＰｔｈｒｏｕｇｈＤｕｌ—ｐａｏｒｔＲＡＭｒｅａｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｌｉｍｉｎａｔｅｈｅｔｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｏｆｓｕｒｒｏｕｎｉｎｄｇｅｌｅｃｔｒｏｍａｎｅｇｔｉｃｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅｌｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅａｎｄｏｔｈｅｒｓ，ｓｙｓｔｅｍｕｓｅｓｓｅｌｆ－ａｄａｐｔｉｖｅｔｈｅｏｒｙｔｏｒｅｄｕｃｅｎｏｉｓｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｉｎｉｃｄａｔｅｓｔｈａｔｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｗｏｒｋｓｓｔｅａｄｉｌｙ，ｔｈｅａｃｕｉｑｓｉｔｉｏｎｓｉｇｎｌｓａｉｓｐｍｃｅｓｓｅｄｒｅｌａｔｉｍｅ．

基于FPGA的多通道红外图像实时采集系统

ａｒａ－ｉｌ —ｈｎｌｉｆｅｍａｅａｑｉｔｎ（ｅｌｔｍｅｍｕｔｃａｅｓｎｒｄｉｇｃｕｓｉｉｎａｒｉｏＲＭＯＩＡ）ｓｓｍａｅｎＦＧＡｗａｒｐｓｄｙｔｂｓｄｏＰｓｐｏｏｅ．ｅ
Ａｂｓｒｃ：Ｃｏｐｒｄｗｉｈｔｅｔａｉｏａｍａｉｇｓｓｅｗｉｉｔｄｄｔａｅａｄｏｌｎａａｃａｎｌｔａｔｍａｅｔｈｒｄｔｎｌｉｇｎｙｔｍｔｌｍｉｅａａｒｔｎｎｙｏｅｄｔｈｎｅ，ｉｈ
从而为进一步的多波段红外图像处理和图像融合算法提供实时的、同时的多通道数据流。首先详细描
述ＲＩ的系统结构和ＦＧ内算法功能模块，然后对多通道数据采集所面临的新问题提出设计ＭＣＩＡＰＡ的解决方案，最后由实验测定系统的传输速率，并且与传统的图像采集系统进行对比。总之，ＭＣＩＲＩＡ实现了一个统一的多通道红外图像的实时采集系统。关键词：多通道红外图像采集系统；实时图像采集；ＰＩｘｒｓ总线；可重构系统；ＣＥｐｅｓ
循环优先级Ｖ仲裁Ｃ
中图分类号：Ｔ１Ｔ３６Ｎ２６；Ｐ３文献标志码：Ａ文章编号：１０ — ２６２１）５３３００７２７（０２０ —１６－６
Ｒｅｌｔｍｅｍｕｔ－ｈｎｅｓｉｆａｅｍａｅａ－ｉｌｉｃａｎｌｎｒｒｄｉｇ・

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基于FPGA的高速多路视频数据采集系统
摘要：针对同时处理高速多路视频数据的需求，以NiosIl 软核CPU 为核
心，通过在FPGA 上构建可编程片上系统(System On Programmable Chip，SOPC)，利用SOPC 系统自定义外设接口，配合DMA 技术，完成对
A／D 转换后的多路视频数据的同时解码采集。

视频解码模块采用滑动窗法快
速检测定时基准信号。

FPGA 可重构的特性可以使系统根据实际应用需要在原
方案基础上扩展、裁减功能模块，并根据资源情况重构系统，达到资源与效率
的最优匹配。

关键词：FPGA；Nios；IP 核；多路数据采集；视频解码引言数
字图像处理技术广泛地应用在信息处理领域，如何高效、灵活地将现实世界图
像数字化是信息处理的关键技术之一。

本文基于FPGA 技术设计了一个高速多
路视频数据采集系统。

基于Altera Cyclone II 芯片，构建一个集成NiosII 软核
处理器、存储器、I／O 接口、自定义外设的可编程片上系统系统(System On Programmable Chip，SOPC)。

利用FPGA 高速并行处理能力，可同时对多路视频数据进行视频解码，大大提高系统数据采集前端的处理能力。

SOPC 系统是
可编程片上系统，由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能，同时具有灵活的
可重构特性。

可根据实际应用中的不同需求裁剪、扩充、升级系统，并且软硬
件系统均可编程。

NiosII 软核CPU 的外设可由设计者自由配置，具有灵活且运
行速度快的特点。

1 系统功能及特点1．1 功能描述本文所提出的系统以Altera 公司CycloneII 系列的EP2C70 为核心，通过外接扩展板接入视频信号，
可同时采集处理2～6 路视频数据，将视频数据解码后提取出图像区域的RAW DATA。

SOPC 系统通过自定义FIFO 接口缓存数据，利用DMA 技术将视频数
据搬移至存储区域，供后续程序调用。

1．2 系统特点本系统主要具有以下特点：①采用硬件描述语言编写的视频解码模块可以高效地完成视频编解码工。