基于fpga的多路数据采集系统的设计

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1、评阅意见：鲫鱼课：草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草专此班级：通信120101班学号门9号j学生名：杨海鑫指导教师t戴正科完成肘问t2015年6月26g板告成績：目录一、设计要求2二、没计作用与目的3三、所用设备及软件3系统设计方案3评阅意见：鲫鱼课：草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草专此班级：通信120101班学号门9号j学生名：杨海鑫指导教师t戴正科完成肘问t2015年6月26g板告成績：目录一、设计要求2二、没计作用与目的3三、所用设备及软件3系统设计方案31.系统总体设计32.工作原理4

2、五、系统硬件设计61.A/D转挽模块62.数据存储模块83.D/A转换模块84.FPGA控制模块9六、系统软件设计91.主程序流程设计92.子程序设计1()3.FPGA的编程11七、实验调试结果12八、设计中的问题及解决方法14九、设计心得14十、参考文献15十-附录161.程序总体结构原理图161.TLC5510采样控制162.程序清单171.状态机实现TLC5510采样控制程序172.行为描述方式实现TLC5510采样控制程序18基于FPGA的多路数据采集系统的设计设计要求数据采集电路是测试系统中的重要组成

3、部分，其主要包括模拟电路部分和数字电路部分两个部分。其中的模拟部分主要是将前端的传感器所提供的电参量信号进行转换、放人、滤波、调零等处理，使之成为适合AD或者显示记录仪器所需要的电压信号。数字部分主要是根据不同的需要按照不同的采样策略来对AD转换器进行控制，实现对模拟信号的采样和量化。同时数字部分的电路还要将所采集的数据进行处理、存储和向上位机传输，以便进行更进一步的数据分析。设计作用与目的介绍丫一种基于FPGA的多路数据采集系统的设计方案，描述了系统的主要组成及FPGA的实现方法，并用VHDL语言设计的状态机

4、在QuanusII发软件中进行真。该系统在通用数据采集系统的基础上，增加数据编码模块，将多路数据组合为一路进行存储；采用批处理数据方式，减少数据编码次数，加快数据处理速度。所用设备及软件嵌入式处理器、FPGA软件、有QuanusII仿真软件的计算机。系统设计方案木次设计有2个方案可供选择。方案一是采用ATmegalG单片机设计。用ATmegalG单片机控制的多路数据采集系统的设计方案。单片机将现场采集的多路模拟信号转换为数字量，通过LCD12864将其在现场显示，通过AT24C64将数据进行存储，现场采集的信号

5、还可以通过485总线传输至上位机。方案二是釆用嵌入式处理器，并通过FPGA软件进行仿真，将外界干扰信号滤波之后输入到A/D转换芯片TLC5510中。本次设计采用方案二。原因在于方案一的单片机结构复杂，教科书中并未提及，而方案二屮只需要仿真，所需芯片可以在教科书屮找到。系统总体设计系统的总体结构如图4.1所示。在符合奈奎斯特采样定理的条件下，外界的模拟信号频率耍小于采样模块采样频率的1/2。如果还有高频分量的话，可以让外界的模拟信号经过一个低通滤波器滤除高频分量后输入到A/D转换芯片TLC5510中。经过A/D转

6、换器后不仅吋间离散化了，而iL幅度也离散化，即x(n)。由FPGA中的采样控制器控制TLC5510的采样，将采集到的信号锁存在FPGA的内部存储器RAM中，然后控制RAM中的数据输出到D/A转换器，D/A转换器每隔一个时钟取出一次yCi),随之在D/A转换器的保持电路屮将数字信号转换为模拟信号，这麵信号在吋间点上的幅度应等于序列y(n)中相砬数码所代表的数值大小。若最后输出的信号具有不符合条件的高频分量，则还耍通过一个模拟滤波器，滤除不需要的高频分量，平滑成所需的模拟输出信号y(t)，以完成信号的采集。根据FP

7、GA在系统屮的功能，可将其模块分为A/D采样控制模块、数据存储模块和D/A控制模块。数？x(n)控制信号y(t)模拟信号输出y(t)换AD/转器控制信号FPGA闪部FIFO換拟佑3输入x(t)图4.1数据采集系统结构图工作原理可编程逻辑阵列器件是可以由用户进行编程以实现所需逻辑功能的数字集成电路，利用其内部的逻辑结构实现任何布尔表达式、寄存器函数。和一般的ASIC电路相比，可编程逻辑阵列器件具有设计周期短，修改方便的优点。根据编程方式FPGA器件基本可分为三种：基于反熔丝编程的FPGA、基于SRAM编程的FPG

8、A、基于闪存编程的FPGA。基于AD9446采集芯片反熔丝编程的FPGA具有体积小、集成度高和高速度的特点，还具有加密、防拷贝、抗干扰以及不需外接只读存储器的特点，但只能一次编程，比较适合于定型产品。后两种FPGA属于可重复编程型FPGA,SRAM型FPGA的突出优点是可反复编程，甚至能在系统运行中改变配置数据实现系统功能的动态S构。FlashMemory型FPGA具有非易失性和重复编