基于fpga的usb接口数据采集系统设计

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1、基于FPGA的USB接口数据采集系统设计张思杰1，赵泰2，汪振兴3，石岭4（重庆大学通信工程学院，重庆市，400030）摘要：介绍了一种高速实时数据采集系统的设计。该系统以FPGA作为逻辑控制的核心，以USB2.0作为与上位机数据传输的接口，能同时支持单端16路和差分8路模拟信号输入，最大采样率为200KHz,12位的转换精度。描述了系统的主要组成和FPGA模块化设计的实现方法，并给出了其核心模块的时序仿真波形图。关键词：FPGA；USB2.0；数据采集；转换精度。Designofdataacquisit

2、ionsystembasedonUSBandFPGAZhangSi-jie1,ZhaoTai2,WangZhen-xing3,ShiLing4（InstituteofCommunicationsengineering,ChongqingUniversity,Chongqing,400030,China）Abstract:Thispaperintroducesahigh-speedandreal-timedataacquisitionsystem.Thesystemcansupportbothsingle1

3、6-routeanddifferential8-routeanalogsignalsinput,with200KHzofmaximalfrequencyand12bitsofconversionaccuracy,usingFPGAasthecorelogiccontrolandusingUSB2.0astheinterfaceofdatatransmissionwiththehostcomputer.Themaincomponentofthesystemandtheimplementingmethodof

4、FPGAaredescribedandthesimulationwaveformsofmainmodulesarepresented.Keywords:FPGA,USB2.0,DataAcquisition,ConversionAccuracy.文献标志码:A中图法分类号：TP274作者简介：赵泰（1983-），男，山东菏泽人，硕士研究生，主要研究方向是信号的获取与处理，手机：13452054823，E-mail:cda78590@163.com；张思杰（1967-），男，重庆人，博士，副教授，主要研究方

5、向为智能微系统。引言传统的数据采集系统，通常采用单片机或DSP作为控制模块，控制A/D转换、存储和其他外围电路的工作，利用PCI、ISA等接口与上位机进行通信。随着数据采集对速度、实时性、简易性的要求越来越高，传统数据采集系统的弊端也日趋明显。近年来随着FPGA技术和USB技术的应用深度和广度的不断加大，利用FPGA芯片和USB接口设计高速数据采集系统成为新的研究热点。FPGA芯片不仅体积小、功耗低、时钟频率高、内部时延小，而且能够使用VHDL语言来编程实现程序的并行执行，配置灵活，开发周期短，性能可靠。

6、USB是一种高效、快速、价格低廉、体积小和支持热插拔的新型串行通信接口，目前USB2.0的高速传输速率能够达到480Mbit/s，能够实现数据的高速传输。1系统总体结构本设计采用FPGA+USB的设计思路，利用FPGA芯片作为系统的逻辑控制核心，通过USB2.0接口与上位机通信，实现单端16路/差分8路模拟数据的高速、实时、便携式的采集。本文设计的数据采集系统划分为A/D转换电路，FPGA采集控制和USB传输控制器等若干部分。如图1所示。作者简介：赵泰（1983-），男，山东菏泽人，硕士研究生，主要研究方

7、向是信号的获取与处理，手机：13452054823，E-mail:cda78590@163.com；张思杰（1967-），男，重庆人，博士，副教授，主要研究方向为智能微系统。图1数据采集系统总体框图本数据采集系统支持单端16路和差分8路模拟信号输入，每路12位的转换精度，最高采样率为200KHZ。主机应用程序首先向USB控制器发出采样时控包，在时控包中设置采集通道及其采样频率。进而USB控制器触发FPGA采集信息，FPGA根据时控包开始启动A/D进行模数转换，转换结束后，FPGA接受AD输出的12位串行数

8、据，并通过串并转换将它转换成16位并行数据输出。然后将采集到的数据信息通过USB控制器发送给主机，最后由主机做进一步信息处理。2主要芯片选型本数据采集系统用到的主要芯片包括FPGA芯片、ADC转换芯片和USB传输控制芯片。2.1FPGA芯片的选取依据本系统设计的需要选用ALTERA公司的CycloneII系列EP2C8Q208C8。该芯片内部逻辑单元8256个，有165888个RAM位，182个可用I/O口，系统时钟频率高于2