开题报告__符文壮_基于FGGA的多频多路数据采集系统设计说明

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1、......中北大学毕业设计开题报告学生姓名：符文壮学号：0806024138学院、系：电子与计算机科学技术学院电子科学技术系专业：微电子学设计题目：基于FPGA的多频多路数据采集系统的设计与分析指导教师:张晓明学习好帮手......2011年11月15日毕业设计开题报告1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：学习好帮手......文献综述一、研究本课题的背景和意义：随着数字化的广泛应用和数字技术的飞速发展，数字化仪器已成为观测技术领域的主流仪器，数据采集技术也成为观测技术领域中十分重要的技术环节之一，在现代工业生产及科学研究中的重要地位也日益突出，实时性和

2、高速性的要求也不断提高。同时，随着微型计算机的广泛应用及微电子技术的高速发展，高速数据采集技术必将快速发展，高速数据采集系统的应用前景更加广阔[1]。在现代工业生产和科学研究中，对一些具有高速、高精度、高实时性的瞬态信号的分析与处理，都需要进行高性能数据采集[2][3]。这就要求设计的数据采集设备具备两方面特征：一方面，要有较高的数据传输速率，灵活的接口；另一方面，对于大数据量，需要有高速性、高精度性、实时性较高的控制器件对数据做出快速而又准确的响应，并能及时地对接收到的数据进行分析和处理[4]。上述性能要求，使用传统的外设与主机的通信接口很难达到上述要求。USB2.0通讯技术的出现，使系统

3、真正具有高速度、易扩展、即插即用的特点，并使这些优点有机地结合在一起[5]。目前，随着微电子技术的发展，电子自动化设计工具的普及，大规模可编程逻辑器件也越来越得到广泛的实际应用。可编程逻辑器件不仅使系统趋于小型化、集成化和高可靠性，而且具有用户可编程特性，这些优点将缩短系统设计周期，减小设计成本，降低设计风险[6]。如此，部分器件除具有用户可编程能力外，还具有简单的在线可编程能力[7][8]。其中FPGA编程则显得更加灵活，比如，一片FPGA芯片就可替代几片甚至几十片标准器件，其用户可用I/O引脚数目多达数百条[9]。一片FPGA就可以实现逻辑功能十分复杂的逻辑部件甚至一个小型数字系统。如果

4、将FPGA引入到数据采集系统中，无疑会使系统的体积更加小巧，其性能更加优越[10]。综上所述，基于FPGA的研究将会是继单片机后的又一个巨大产业，自然以FPGA作为处理器也将会有广阔的前景和重要意义[11]。选用USB2.0通讯技术和FPGA，设计一个高性能的数据采集系统，具有一定的现实意义[12]。二、本课题的国内外研究现状数据采集系统出现于20世纪50年代，1956年美国首先研发了用在军事上的数据采集测试系统。在20世纪60学习好帮手......年代后期，国外就有成套的数据采集测试设备进入市场，此阶段的数据采集设备和系统多属于专用的系统[13]。进入20世纪70年代，随着计算机的普及应用

5、，数据采集系统得到了极大的发展，开始出现了通用数据采集与自动测试系统[14]。该阶段的数据采集系统主要由两类：一类由仪器仪表和采集器、通用接口总线和计算机构成。第二类由数据采集卡、标准总线和计算机构成[15]。20世纪80年代后期，数据采集系统发生了巨大变化，由工业计算机、单片机和大规模集成电路组合，并用软件管理，使系统的成本降低，体积减小，功能成倍增加，数据处理能力大大增强。20世纪90年代至今，由于微电子技术和集成电路制造技术的不断进步，出现了高性能、高可靠性的单片数据采集系统[16]。高性能数据采集系统的发展趋势主要表现在以下几个方面：①数据采集片上系统（SOC），它集数据采集、处理、

6、运算、分析等为一身的数据采集芯片应运而生。②采用新型信息处理方法，近几年的数据融合技术、模糊信息处理技术和神经网络技术等，在数据采集和现代测试系统中得到了广泛的应用。③采用高智能化软件，它可以在一些场合下代替复杂的硬件电路去对信号做分析和处理。④网络化，以Internet为代表的网络技术的出现为测量仪器技术带来了前所未有的发展空间和机遇，网络化测量技术与具备网络功能的新型仪器应运而生。⑤通用化与标准化，它为系统更改、升级与大范围连接带来了便利条件，现代数据采集系统的通用化与标准化设计十分重要[17]。目前，国外企业已经推出了很多能适应不同条件，不同精度要求的USB数据采集系列产品[18][1

7、9]。其中比较典型的是美国国家仪器有限公司（NationalInstruments，NI）研制的一系列USB数据采集卡，如NI推出的NIUSB-6210高性能多功能采集卡，它是一款USB总线供电多功能DAQ模块，该模块提供16路模拟输入，采样精度16位，单通道采样率为250ksps[20]。但是NI公司的这款USB数据采集卡产品的价格是非常高昂的，对于国内的大部分应用者或公司来说显然无法承受。虽说国内对USB