毕业设计（论文）-基于fpga的数据采集器

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1、引言数据采集是获取信息的基本手段。数据采集技术作为信息科学的一个重要分支，是以传感器、信号测量与处理、微型计算机等技术为基础而形成的一门综合应用型技术。数据采集作为现代测控技术的基础，己经广泛应用于工业生产、科学研究的诸多领域。在工业生产中，应用数据采集系统可以得到工业现场的温度、湿度、电压、电流等技术参数，所得结果可以反馈给用户和控制系统，为提高产品质量、降低成本提供信息；在科学研究方面，数据采集可以提供大量的现场信息，成为探索科学奥秘的重要手段[1]。如何对信号进行实时采集、实时存储，保证信号不丢失，以满足工业现场的需要，一直是数据采集系统研究

2、的一个重要方向。国外方面[2][3][4]，随着国外微电子技术、计数机技术、测控技术和数字通信技术的发展，目前国外数据采集技术已经较初期有了很大的发展。从近来国外公司展示的新产品可以看出，主要的发展可以概括为功能多样，体积减小和使用方便等三个方面。国外在研制和使用数据采集系统方面发展迅速，基于MedWin技术的数据采集器也发展较深，在体积和性能具有很大优势得采集器多以FPGA为平台，但价格相对来说就不具有竞争力。成本较低的数据采集系统多以单片机为主芯片，但是在性能和速度方面就不具有优势。目前国外的数据采集方面的研究主要着重于传感器，高精度、高速度的

3、传感器层出不穷而且在价格上有了很大进步。比如美国尼高力仪器技术公司08年生产的2700型数据采集器，完美地将数据记录仪、程控开关与数字表的优势集于一身，是一款高精度、多功能、使用方便的多路数据采集器。同年惠普公司生产的HP34970A型数据采集器具有6／12位分辨率，0．004％基本直流精确度和高达250通道／秒的扫描率，非易失性存储器可保存多达50000个带有时间标记的读书，可测包括直流电压、交流电压等等数据。虽然这些数据采集器的功能无比强大，但是成本都较昂贵。国内方面[5][6][7]，国内数据采集器与目前国外数据采集器相比，在技术上仍然存在着

4、一定的差距，主要表现在：①由于受国内振动等传感器水平的限制，分析频率范围不宽，在工业方面给一些低速的机器或轴承的诊断等带来了一定的困难；②由于数据采集器的内存不大，数据采集器本身的信号处理功能不强，在现场只能做一些简单诊断，精密诊断需要离线到计算机上去做，现场精密诊断功能较弱；设备的软件水平，仍在设备维修管理和基本频谱分析上徘徊，机器故障诊断专家系统还需完善，软件人机界面有待改进④33设备的性能与成本的协调还缺乏一定的优势。近年来，发达国家在研制和使用数据采集系统方面发展较为迅速，仪器的性能先进，使用范围广，且耐用可靠，但价格较为昂贵，在测量功能、

5、测量通道和数据齐全等方面存在不同程度的缺陷。例如北京凯文斯系统集成有限责任公司E16系列EPP并口宽动态范围的高精度数据采集器，数据通道最大可以达到16个，采样最高频率决定于微机的CPU及处理速度，一般为60．80KHz。北京测振仪器厂2007年研制的Hz．9609数据采集器／振动分析仪，它采用中文显示，直观醒目，操作简单方便；采用先进的微电脑技术，工作可靠；采用频谱分析技术和故障诊断技术，是进行数据采集、完成设备状态分析和故障诊断的得力助手。它可以与微机通讯，建立设备状态数据库，可测量振动信号的加速度、速度和位移，还可测量电压信号和转速信号，采样

6、频率为1Hz到10KHz。在经过对国内外现有的数据采集行业产品的性能、价格和功能了解，其大概情况是，国外的数据采集器的精度高，速度快，功能强大，但是价格比较昂贵，并且一般来说体积都比较大，操作也复杂，可再编程能力比较弱。而国内的采集器虽然价格低，但是在性能上还有上升的空间，所以在我国现有的基础上，融合更为先进的技术、工艺，制造出性价比更高，可再编程能力高，小巧而又实用的的测量仪器不失为仪器开发领域的一个热点。论文的组织结构包括：引言，介绍了课题背景，课题研究的目的和意义，并对现阶段此研究的情况进行了分析。第1章系统分析及方案设计，对整个系统进行了需

7、求分析，并介绍了整体设计方案的制定以及可靠性的设计和分析。第2章系统硬件设计，包括各部分接口设计以及PCB设计。第3章系统软件设计，即针对各模块的VHDL编程。第4章仿真与调试，针对已设计的工程，通过仿真器进行仿真调试。第5章系统实现与设计结果，分析了采集结果并讨论了采集结果是否符合要求。第6章总结与展望，对本次论文进行总结，并对本次研究的不足进行了总结。331.系统分析及方案设计1.1设定系统目标本次设计主要目标是采集系统内、外的数据，并加以处理显示。对于数据采集的对象则选取了系统内部电压值与外部温度值。之所以选择温度与电压，是因为两者具有很强的

8、代表性。在实际监测中，温度和电压也是非常重要的监测对象，有很强的实用性。本次系统设计的具体目标如下：1.有较好的人机显示控