数据采集系统的verilog+hdl设计

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1、万方数据计算机应用《电子技术》2004年第3期数据采集系统的VemogHDL设计浙江大学仪器系‘310027’杨祥龙罗子健TP3日摘要文章介绍了一种硬件控制的自动数据采集系统的设计方法，包括数字系统自顶向下(1DP—DOwN)的设计思路，Vernog}Ⅱ)L对系统硬件的描述和状态机的设计，MAx+PLusⅡ开发软件的仿真。设计结果表明：该采集系统极大地提高了系统的信号处理能力，具有很高的实用价值。关键词可编程逻辑器件自顶向下信号处理1概述随着数字技术应用的日益广泛，数字系统的设计理念和设计方法发生了深刻的变化，从电子cAD、电子cAE到电子设计自动化(EI)A)，设计的自动化程

2、度越来越高，设计复杂程度也在不断增加。目前，EDA技术作为电子设计的通用平台，逐渐向支持系统级的设计发展，数字系统的设计也从图形设计方法向硬件描述语言设计方法发展。可编程逻辑器件在数字系统设计领域得到广泛应用，不仅缩短了系统的开发周期，而且利用器件的现场可编程特性，对器件进行动态配置或编程，完成系统功能的添加和修改。实时测控系统的广泛使用对高速数字信号处理系统提出了更高的需求，因为要涉及大量的计算，为了提高运算速度，应用了大量DsP器件。数据采集系统作为测控系统的核心部分之一，传统方法应用MCu或DsP通过软件控制数据采集的模数转换，这样势必频繁中断系统的运行从而减弱了系统的数

3、据运算能力，数据采集的频率将受到软件运行速度的限制，而且在强干扰环境下系统的稳定性将降低。DshCPLD的方案被认为是数字信号处理系统的最优方案之一，充分发挥DsP高效的运算能力，信号的模数转换和转换后数字量的存储完全由硬件来完成，从而最大限度地提高系统的信号采集和处理能力。cPLD由软件实现逻辑重构，而且可在系统中编程(IsP)以及有众多功能强大的EDA软件的支持，使缁采缆}Lfj升级容易、开发周期短等优点。速数字信号处理、与主计算机的高速数据传输接口等部分组成。信号放大是对输入信号的幅值进行调理以满足采样的要求：信号滤波是根据香农定理的要求，考虑信号的AID转换速率，对输入

4、信号的带宽进行限制，防止采样的信号产生“混叠现象”：信号采样是用～ID转换芯片完成模拟信号的数字化；高速数字信号处理是运用随机共振理论，完成各种算法，以提取出有用信号；与主计算机的高速数据传输接口是满足信号检测的实时性，消除大数据量传输的瓶颈，将DsP处理的数据传给计算机以进行进一步的处理并完成主计算机和DsP系统的通信。I簇}．1M麒-卟1到掣胤．一图1数字信号处理系统总框图基于VemogHDL设计的自动状态机实现由硬件控制～lD转换以及自动向HFo存储器中存储数据，采样频率由DsP系统的输出时钟确定，当采样数据达到一帧时，F球0存储器向DsP申请中断，DsP系统启动DMA完

5、成数据读取。期间数据采集不中断，从而实现连续的实时数据采集和实时数据处理。数据采集系统由AD转换芯片MAxl96、逻辑控制芯片EPM7128、FIFO存储器芯片cY7c425组成。控制逻辑用VedlogHDL语言进行描述，并进行仿真和实际验证。2系统总体方案3硬件电路设计数字信号处理系统框图如图l所示的。其中，数据采集系统是基于DsP的信号处理系统中的一部分。整个系统由信号放大电路、信号滤波、信号采样、高83．1A，D转换芯片系统～D转换由MAxl96芯片实现，MAxl96的特点为：万方数据2004年第3期嵌电子技术》计算机应用(1)12位A巾转换精度，l『2LsB线性度；(2

6、)单5V电源供电：(3)软件选择模拟量输入范围，分别为：±10v、±5V、0～5V、O～10V：(4)6模拟量输入通道；(s)6"转换时间，looksps的采样速度；(6)内部或外部采样控制；(7)内部或外部时钟控制转换。MAXl96各控制字的作用如下：(1)A2A1AO为通道选择字：000～101分别代表通道O～通道5；(2)BIP、RNG为输入范围和极性选择；(3)AcQMOD采样控制模式，O为内部控制采样，1为外部控制；(4)PDl、PDO为时钟与省电模式选择。时序如图2所示，当向MAxl96写入包含通道选择、量程选择、极性选择等的控制字后，完成～D转换的初始化。控制字的

7、AcQMOD位用来选择内部转换模式和外部转换模式，当写入AcQMOD位为O的控制字，将启动内部转换模式。本系统采用内部转换模式，一次转换要12个时钟周期，转换周期由芯片内部时钟确定。一次写脉冲(wR+cs)，输入控制字可启动一次转换。当在A巾转换期间写入新的控制字将中止转换并启动一次新的采样周期。A，D转换结束，输出低电平信号INT有效，RD信号有效可读取～_D转换值并复位INT信号，完整的一个转换周期结束。3．2数据缓存器系统采集的数据一般放在数据缓存器中，数据缓存器要求有与Am转换芯片的