基于FPGA的設(shè)備狀態(tài)信號(hào)采集傳輸系統(tǒng)研究.pdf

1、基于FPGA的設(shè)備狀態(tài)信號(hào)采集傳輸系統(tǒng)研究重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文學(xué)生姓名：柳玉仙指導(dǎo)教師：楊天怡教授專業(yè)：控制理論與控制工程學(xué)科門類：工學(xué)重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院二OO八年四月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要基于FPGA(FieldProgrammableGateArray)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列的電路系統(tǒng)是目前硬件工程師研究的熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)的電路系統(tǒng)相比，基于FPGA設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有功能強(qiáng)大，時(shí)序邏輯資源豐富，可反復(fù)編程修改，開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。機(jī)械設(shè)

2、備狀態(tài)監(jiān)測(cè)信號(hào)的獲取(數(shù)據(jù)采集及傳輸)，已成為機(jī)械行業(yè)急需改進(jìn)與提高的問題。本文對(duì)當(dāng)前各種機(jī)械振動(dòng)信號(hào)的數(shù)據(jù)采集和傳輸方式做了深入分析與研究，根據(jù)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)的特殊要求，針對(duì)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)量較大、實(shí)時(shí)性和連續(xù)性要求較高的特點(diǎn)，提出了一種基于FPGA的數(shù)據(jù)采集及傳輸方法。為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)采集傳輸和存儲(chǔ)功能，本文利用FPGA內(nèi)部豐富的硬件資源設(shè)計(jì)一個(gè)類似CPU功能的智能小系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)目刂颇K等都集成于一片F(xiàn)PGA中，在單片F(xiàn)P

3、GA內(nèi)部設(shè)計(jì)AD數(shù)據(jù)采集控制器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的時(shí)序控制和多路轉(zhuǎn)換控制；在FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)雙口RAM(FIFO)，用以對(duì)采集數(shù)據(jù)的緩存以及同步完成簡(jiǎn)化TCPIP協(xié)議及以太網(wǎng)協(xié)議的封裝，采用類似CPU的控制小系統(tǒng)，通過對(duì)指令的逐條執(zhí)行完成對(duì)數(shù)據(jù)的打包傳輸和應(yīng)答功能控制，正常情況下數(shù)據(jù)信號(hào)以以太網(wǎng)的方式把現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)?？紤]到大型機(jī)械不間斷運(yùn)行的要求，為了保證在以太網(wǎng)或上位數(shù)據(jù)處理機(jī)故障的情況下采集數(shù)據(jù)的連續(xù)性，提出了一種基于U

4、SB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法，在FPGA中開辟一個(gè)外圍USB存儲(chǔ)器的控制模塊，控制USB暫存數(shù)據(jù)的功能的調(diào)用，當(dāng)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸方式發(fā)生故障，將采集數(shù)據(jù)保存到外圍大容量存儲(chǔ)器中，故障解決之后將暫存的數(shù)據(jù)直接送至上位機(jī)。整個(gè)系統(tǒng)功能主要以硬件描述語言VHDL為主來實(shí)現(xiàn)。通過對(duì)FPGA的特性功能分析，本文重點(diǎn)闡述了利用自上而下的設(shè)計(jì)思想，對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)關(guān)鍵技術(shù)模塊和難點(diǎn)進(jìn)行深入分析與研究，通過實(shí)驗(yàn)仿真，對(duì)各主要功能模塊及系統(tǒng)不斷加以完善，最終使系統(tǒng)仿真結(jié)