基于FPGA的高精度實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、隨著數(shù)據(jù)采集在現(xiàn)代工業(yè)及科學(xué)研究中的重要地位日益突出，人們對于數(shù)據(jù)采集設(shè)備的要求也不斷提高。在信號測量、圖像處理、音頻信號處理等一些高速、高精度的測量中，都需要進(jìn)行高性能數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)的設(shè)計方法的優(yōu)點是:技術(shù)成熟，可選的芯片很多，設(shè)計經(jīng)驗積累豐富。但傳統(tǒng)的設(shè)計方法也存在外圍芯片多，PCB面積較大，可靠性相對不高；不易升級與改進(jìn);成本高;受芯片限制，設(shè)計靈活性差，可擴(kuò)展性差，可靠性相對不高等缺點。
　　傳統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般多是

2、采用PCI或 ISA作為系統(tǒng)的總線，這些采集系統(tǒng)存在不少缺點，如安裝煩瑣，價格昂貴，尤其是受計算機(jī)插槽數(shù)量、地址、中斷資源的限制，可擴(kuò)展性差等。
　　USB是一種新式總線接口標(biāo)準(zhǔn)，具有高速、.可靠、可擴(kuò)展、即插即用等特點。USB2.0協(xié)議中，數(shù)據(jù)的最高傳輸速率提高到480Mbps，這就使通過 USB實現(xiàn)快速傳遞大容量數(shù)據(jù)的外設(shè)成為現(xiàn)實。而FPGA芯片因其工作頻率高、設(shè)計周期短、成本低廉、可重復(fù)擦寫、可擴(kuò)展性好、內(nèi)部資源豐富可以集采

3、集、轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)傳輸通訊于一體等優(yōu)點，可解決傳統(tǒng)設(shè)計方法中外圍芯片多、不易升級和維護(hù)、設(shè)計靈活性差、擴(kuò)展性不好，可靠性不高等問題。因此，本文 USB和FPGA兩者的優(yōu)點，設(shè)計了具有較好應(yīng)用前景的基于FPGA的高精度實時數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)。
　　論文在闡述了系統(tǒng)的整體設(shè)計思路的基礎(chǔ)上，對電路所選芯片的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行簡單的介紹。選用具有22位高分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器 ADS1212作為采集轉(zhuǎn)換器，由于ADS1212的精度非常高，所以要求外

4、接電源干擾非常小，采用三級穩(wěn)壓的方式來為ADS1212提供穩(wěn)定的電源電壓。然后提出了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計與實現(xiàn)的方法，設(shè)計出了具有22位分辨率的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。利用FPGA作為控制器，控制 A/D轉(zhuǎn)換、增益設(shè)置、通道選擇等。利用FPGA內(nèi)部的RAM設(shè)計了先入先出(FIFO)存儲器，充分利用系統(tǒng)資源，減少了外圍電路，為電路調(diào)試及制版帶來了極大的方便。同時也提升了系統(tǒng)的采集速度和集成度，達(dá)到了實時采集的目的。系統(tǒng)采用Verilog語言編程，