fpga_asic-基于fpga的高精度数据采集滤波系统设计new

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1、第33卷第3期电子科技大学学报Vol.33No.32004年6月JournalofUESTofChinaJun.2004基于FPGA的高精度数据采集滤波系统设计郭志勇，李广军(电子科技大学通信与信息工程学院成都610054)【摘要】针对在强电磁干扰环境下闭环控制系统的数据采集问题，设计了弱信号的高精度数据采集滤波系统，并进行了相应的误差分析；讨论了常见数字滤波器的滤波原理及其基于现场可编程门阵列的设计实现，提出了自适应消除噪声的设计原理。其结果是系统具有单独运行、易编程、数字滤波等优点，在信号采集、控制中应用前景广泛。关键词高精度数据采集;滤波;现场可编

2、程门阵列;独立运行中图分类号TP274文献标识码AASystemDesigninCollectingandFilteringHigh-PrecisionDatawithFPGAGuoZhiyong，LiGuangjun(SchoolofCommunicationandInformationEngineering,UESTofChinaChengdu610054)AbstractThepapermainlydealswithfollowingthreeaspects:offeringaframeoffilteringsystemincollectinghi

3、gh-precisiondataofweaksignalswhenstrongelectromagneticinterferesandanalyzingthecorrespondingerrors,discussingcommondigitalfilteringtheoryanditsrealizationwithfieldprogrammablegatearray,applyingself-adaptivetheorytoreducingnoise.Sincethesystemhassuchadvantagesasrunningindependentl

4、y,writingprogrameasily,anddigitalfiltering,itistobeputintowidespreaduseincollectingandcontrollingsignals.Keywordshigh-precisiondatacollecting;filtering;fieldprogrammablegatearray;runningindependently在带有反馈的闭环自动控制系统中，反馈信号数据采集的精度直接影响控制系统的精度，特别是在高精度闭环控制中，对数据采集精度要求极为严格。在实际控制过程中，由于一些传感

5、器产生的信号比较弱，[1,2]加上周围电磁环境、传输线长度等干扰因素的影响，必然会降低采集到的数据精度。鉴于现场可编程门[3]阵列(FieldProgrammableGateArray，FPGA)具有设计灵活、高集成度、高速、高可靠性、硬件编程的特点，本文提出了基于FPGA的具有高采集精度及滤波特性的数据采集系统。1系统设计框图及原理采集系统硬件框图如图1所示，其基本工作原理为：传感元件将采集到的信号转换成电压信号作为输入信号Vi，经过系统硬件滤波放大后送入A/D进行模数转换，转换后的数据放在FPGA中的FIFO(先进先出存储器)。FPGA根据用户需要对

6、FIFO区数据进一步作软件滤波及相关处理，通过数据转换模块将数据传送出去。其中A/D的参考电压V由D/A模块提供，D/A的数字量是根据用户的需要可在FPGA中编程设置，由FPGA直f收稿日期：2003−04−25作者简介：郭志勇(1975−)，男，在职硕士生，助教，主要从事信号与信息处理方面的研究；李广军(1950−)，男，硕士，教授，博士生导师，主要从事ASIC设计、数据通信和嵌入式系统方面的研究.第3期郭志勇等:基于FPGA的高精度数据采集滤波系统设计251接送入，该数字量也可由外部用户在数据总线设置，通过FPGA送入D/A模块。另外，AD转换、软件

7、滤波及其他各模块的驱动时钟全部由FPGA内部时钟模块提供。软件数Vi硬件滤波放大A/DFIFO滤波据转Vf时钟模块换D/AFPGA图1数据采集滤波系统硬件框图2提高数据采集精度方法及误差分析1)本系统具有电路简单、体积小、安装方便的特点，驱动时钟全部由FPGA内部时钟来完成，可单独运行，也可将系统安装在距离传感元件最近的地方，有效地避免由传输线长度带来的干扰误差。2)A/D转换时钟由FPGA提供，转换数据直接送入FPGA中的FIFO区，由于FPGA具有运行速度快、相对独立的工作特点，可以保证采集到A/D在高频工作时的数据。3)A/D、D/A的最大转换误差

8、为量化误差和线性误差，可在允许范围内通过提高A/D、D/A位数来减小量化误差，增