基于FPGA的多路高速数据采集系统的实现.pdf

《基于FPGA的多路高速数据采集系统的实现.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第),卷第&期武汉化工学院学报TGI2),UG2&)##’年#+月V2WH?ALRLNJ29?@F26@K?2QAO)##’文章编号!"##$$%&’()##’*#&##+,#$基于-./0的多路高速数据采集系统的实现杨志方"1王泽成)1涂坦"1谈宏华"1曹新莉"("2武汉工程大学电气信息学院1湖北武汉$&##%$3)2枣阳市钱岗中学1湖北枣阳$$")#$*摘要!结合数据采集系统在电能质量监测中的应用1介绍了一种基于-./0的多路高速数据采集系统1给出了硬件原理框图3并对系统进行了模块化的分析1讨论了影响同步采样性能的因素2实际应用证明1采用该方法设

2、计的系统能有效地完成多路同步高速数据采集任务2关键词!-./03045,&’$3高速数据采集3多路中图分类号!6.)%$文献标识码!0单片机本身的指令周期以及处理速度的影响1难#引言以达到多通道高速数据采集系统的要求145.虽随着科学技术和国民经济的发展1对电能的然可以实现较高速的数据采集1但其速度提高的需求量日益增加1对电能质量的要求也越来越高2同时1也提高了系统的成本3并且单片机和45.然而1冲击性8非线性负荷以及大量基于计算机系的各种功能要靠软件的运行来实现1执行的速度统的控制设备和电子装置等一类敏感负荷的不断和效率较低1软件运行时间在整个采样

3、时间中占增多1使得谐波8电压波动闪变8三相不平衡8暂时很大的比例2而-./0(现场可编程门阵列*在高过电压8瞬态过电压8电压凹陷和短时间间断等电速数据采集方面有单片机和45.无法比拟的优能质量问题日趋严重2这对电能质量的监测提出势1-./0具有时钟频率高1内部延时小1全部控了挑战2电能质量的监测往往需要多通道数据采制逻辑由硬件完成1速度快1效率高1组成形式灵集1而且由于存在覆盖面积大8周期性强的特点1活等特点;"1)<2采集的数据量大1因此1对数据采集系统的采集8传输速度和精度提出了较高要求2"多路数据采集系统硬件实现常用的数据采集方案往往采用单片机

4、或45.多路高速数据采集系统的硬件架构如图"所(数字信号处理器*作为控制器1控制049(模:数示2转换器*8存储器和其他外围电路的工作2但由于图"多路数据采集系统的硬件框图-=>2"6?@?ABCDAB@EBAF@GEFHIJ=K?ALLAICAJAAKMH=N=J=GLNONJ@F-./0内部先要定制一个双口P0Q和一个-R-S用于存储0:4转换的数据2输入模拟信号收稿日期!)##’#)"%万方数据作者简介!杨志方("7%#*1男1湖北武汉人1讲师2研究方向!电子系统设计与嵌入式系统研究2第2期杨志方等Y基于’()!的多路高速数据采集系统的实现6X

5、经过调理电路后送!"#转换器$!"#转换器输其最大采样率56789:-!#01234采用;6<工出的原始数据同时存储在外%!&和’()!内部作电压$并带有17=>共模抑制的全差分输入通的双口%!&或’*’+中$双口%!&和’*’+中道以及六个4?@连续逼近的模数转换器.六个差的数据分别进行’’,和’*%后输出的数据再存分采样放大器-另外$在%A’*B和%A’+C,引入外%!&中-根据’()!在系统中功能$可以将脚内部还带有;5-6<参考电压以及高速并行接其模块化为!"#控制.乒乓传输控制.%!&数据口-!#01234的六个模拟输入分为三组D!$>和存

6、储管理三个部分-EF$每个输入端都有一个!#E@保持信号以保证/-/!"#控制模块几个通道能同时进行采样和转换-!#01234的差采用两片无差别!"#来实现$与常用的模拟分输入可在G<%A’到;<%A’之间变化-在信多路开关加单片!"#比$保证了信号采集的同步号输入端采用差动运放将模拟输入信号以差分方性$避免了使用模拟多路开关带来的一系列问题式输入!#01234$以有效地减少共模噪声$实现如开关导通电阻的影响.通道切换过程中尖峰电较高的有效采集精度-!#01234工作的时序如图压的处理.输入信号电压摆幅.高频采样时噪声的5所示-EHI7为!#0123

7、4的工作时钟信号$当抑制等-9+H#信号出现负脉冲将启动!#01234$A+E发!"#转换芯片采用!#01234$它是,*公司出负脉冲表示!"#转换结束$控制片选信号E0推出的专为高速同步数据采集系统设计的高速.和输出使能信号EA将转换数据读出来-低功耗.3通道同步采样的/3位!"#转换芯片$图5!#01234工作时序’JK-5,JLJMKNO!#1234/-5乒乓%!&控制模块控制以及两片高速%!&-乒乓%!&控制原理如为了保证采样和传输各自不间断的进行$采图2所示-用了乒乓传输结构-乒乓传输部分包括两个开关图2乒乓%!&控制原理图’JK-2,PQ

8、RNMSTNUVTJMRJVUQNOVJMKVNMK%!&图2中$输入数据和输出数据都分为两路$流%!&/$