基于FPGA的多通道高速信号采集器的设计

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基于FPGA的多通道数据采集系统设计

基于FPGA的多通道数据采集系统设计大地电磁场携带着地球内部的结构、构造、温度、压力以及物质成分的物理状态等信息，为人们讨论板块运动的逻辑、追溯地球的演变历史提供了科学依据。

大地电磁探测是讨论大陆岩石圈导电性结构的有效办法之一，使人们从电性角度熟悉地球内部的构造形态，达到了解地下不同深度地质状况的目的。

该技术应用前景广泛，可用于地下更深层找矿、找水、找油、监测海底潜艇等，对国民经济和国防的进展都有重要的推进作用。

最常用的数据采集计划多以为核心，控制多路信号的采集及处理。

但因为本身的命令周期以及处理速度的影响，对于多通道A/D举行控制及数据处理，一般的MCU往往不简单达到要求。

考虑到器件的高集成度、内部资源丰盛、特殊适合处理多路并行数据等显然优于一般微处理器的特点，并针对大地电磁数据采集系统对实时性和同步性的要求，本文提出了一种多通道数据采集计划。

采纳FPGA与相结合的设计，采集主控制规律用FPGA实现，ARM用来实现采集数据的存储和数据传输控制。

1 系统总体结构系统总体结构1所示。

A/D转换器采纳TI公司的24位高精度模数转换器ADS1255；FPGA采纳公司的EP2C35；ARM为ARM9内核的处理器。

双口RAM由EP2C35内部存储器块配置而成，该双口RAM与ARM的系统相连，映射为ARM的一块内存区。

AD前端处理的作用是实现对信号的放大、衰减以及阻抗匹配，从而满足对输入信号的要求。

滤波网络滤除高频噪声和工频信号的干扰，增益放大通过ARM给出的控制信号实现对模拟信号的不同增益的放大处理。

ADS1255负责把模拟电信号转换成数字信号，可以通过功能挑选设置ADS1255工作在不同的工作模式下。

ADS1255的工作时钟由FPGA 提供，转变FPGA输出时钟的频率就能实现AD采样率的转变。

FPGA并行控制5路AD的数据采集，并把采集到的各路数据按挨次以字节的形式写入双口RAM中缓存。

FPGA对双口RAM的数据写入和ARM对数据的读取是通过乒乓传输结构实现的。

基于FPGA的高速多通道数据采集系统的设计_李红刚

数采与处理计算机测量与控制.2006.14(10) Com puter Measurement &C ontrol#1407#中华测控网chinamca.co m收稿日期:20060112; 修回日期:20060301。

基金项目:云南省自然科学基金项目(2003C0045M );云南省教育厅科学研究基金项目(03Z422D)。

作者简介:李红刚(1975-),男,河南省邓州人,硕士,主要从事计算机测控及嵌入式系统方向的研究。

杨林楠(1964-),男,云南省昆明人,教授,硕导,主要从事人工智能、计算机测控及嵌入式系统的研究。

文章编号:1671-4598(2006)10-1407-03 中图分类号:T P274 文献标识码:A基于FPGA 的高速多通道数据采集系统的设计李红刚,杨林楠,张丽莲,彭琳(云南农业大学工程技术学院,云南昆明 650201)摘要:为了解决电力机车可控硅存在的动态击穿问题,提出设计可控硅整流装置实时监测系统,实时发现可控硅的技术状态的解决方案,并且针对监测系统的数据采集部分提出以FPGA 作为多通道数据采集控制核心的设计方案,进行了具体设计,该系统有数据采集模块、数据存储器读写模块和数据通讯模块三大功能模块组成,与传统的以单片机为控制核心的多通道数据采集系统相比,该系统具有性能稳定可靠、实时性强、体积小、功耗低等优点。

关键词:FPGA;数据采集;高速多通道;并行口;EPP 模式Design of High Speed Multichannel Data G athering System Based on FPGALi H ongg ang,Yang Linnan,Zhang Lilian,Peng Lin(Colleg e of Eng ineering and T echno lo gy ,Yunnan A gr icultural U niversity,Kunming 650201,China)Abstract:For solving the dynamic pun cture problem,a solution scheme of designin g the r eal-time m on itorin g s ystem of silicon con -trolled rectification device is pu t forward to find th e tech nological state of th e silicon controlled d evice in real time.And pr op os es a des ign sch eme to th e part of data gatherin g of m onitoring system that regards FPGA as the control center of mu ltichannel data gatherin g.Th is sys -tem is m ade u p of data gath er module ,data mem ory read -w rite module an d data communication pared w ith the traditional system of m ultichannel data gathering w h os e control center is s ingle micro -com puter,this system has advantages of r eliable an d steady fun ction,s tron g real-tim e,small volume and low con sumption .Key words:FPGA;data gath ering;high speed multich ann el;parallel p ort;EPP0 引言电力机车可控硅运用情况的调研资料表明,多数电力机车存在/可控硅动态击穿0现象。

基于FPGA的高速数据采集器

基于FPGA的高速数据采集器摘要:介绍了一种基于FPGA的高速数据采集器,给出了系统方案设计,并对系统各部分电路设计进行了详细介绍。

对高速数据采集系统中串并转换功能的实现方法进行了详细阐述。

该高速数据采集器由于采用了FPGA+DSP平台设计,使得该系统具有较强的通用性和应用价值。

关键词:高速数据采集FPGA 带通采样串并转换随着数字信号处理技术的迅猛发展,数字设备逐渐取代模拟设备。

而数据采集技术作为现代检测技术的基础,越来越多地被应用于雷达、通信、遥感、智能仪器等各个领域。

随着数据采集技术的广泛应用,人们对其技术指标的要求也越来越高,包括采样速率、分辨率、存储量和实时性等技术指标。

数据采集系统发展的趋势是往高速高分辨率方向发展,但是受到器件和工艺的限制,特别是采样速率和分辨率这一矛盾指标的限制,实现高速高分辨率的采样系统依然具有一定的难度。

目前国外高速采集器的采样速率可以达到几十GSPS,但国内尚不具备该类型的高速采集器。

本文设计了一种基于FPGA的高速数据采集器,由于采用了AT84AS003作为采样芯片,因此该高速数据采集器可实现1GSPS的采样速率,同时其分辨率可达到10bit。

该高速数据采集器的数据存储、处理均可以在FPGA内部实现,具有设计方便、灵活的特点。

1 高速数据采集理论及技术高速数据采集系统的理论基础是低通采样定理和带通采样定理。

1.1 低通采样定理低通采样定理即Nyquist第一采样定理,假设有一模拟信号x(t),其带宽限制在(0,fm),以采样频率fs进行等间隔采样,当fs≥2fm时,该模拟信号可由采样值无失真恢复。

当fm较大时,往往对采样速率fs要求较高,即需要A/D转换器采样速率较高,这样对器件提出了较高要求。

1.2 带通采样定理假设一个频率带限信号,频率范围(),如果,如果按照低通采样定理,则要求采样速率较高,至少,这不仅对A/D转换器采样速率较高,同时对后续信号的实时处理要求过高,不便于实现。

基于FPGA的多路数据采集器设计

基于FPGA的多路数据采集器设计摘要：随着计算机技术的突飞猛进以及移动通讯技术在日常生活中的不断深入，数据采集不断地向多路、高速、智能化的方向发展。

本文针对此需求，实现了一种应用FPGA和ADS8344的多路、高速的数据采集系统，从而为测量仪器提供良好的采集数据。

在生产过程中，应用数据采集系统可以对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高产品质量、降低成本提供了技术手段。

随着计算机技术和电子信息技术的飞速发展和日益普及，数据采集系统也得到了广泛应用。

尤其在航空航天、地质勘探、电力、雷达、通信等领域中，对数据采集系统的精度要求、速度要求日益增高。

在某些特殊场合下，对数据采集系统的便携性也提出了很高的要求。

因此，设计出一个合适的数据采集系统就显得尤为必要和迫切。

论文在研究FPGA的基础上，建立了一个基于FPGA的多路数据采集系统。

在本文一开始介绍了FPGA的相关基础知识和FPGA的软件开发平台，下文中FPGA的设计开发都是建立在这些基础之上的。

本文设计了一种基于FPGA 和ADS8344的多路数据采集处理系统，针对此系统设计了基于ADS8344的模数转换采集板，再将模数转换采集板的数据传送至基于FPGA的采集控制模块进行数据的压缩以及缓冲存储，最后调入数据进行数据的处理。

经设计与调试，模数转换模块可为系统提供稳定可靠的数据，能稳定工作在百兆的频率下；采集控制模块能实时地完成数据压缩与数据缓冲，并能通过时钟管理模块来控制前端ADS8344的采样，该模块也能稳定工作在百兆的频率下。

该系统为多路、高速的数据采集系统，并能稳定工作，从而能满足电子测量仪器的要求。

关键词：数据采集；FPGA；ADS8344Compression System Design Based on FPGAAbstract：With the rapid development of computer science and mobile communication, data-acquisition system is developing towards multi-channel、high-speed and intelligent.In order to meet this tendency,this paper has devised a data-acquisitionsystem which is based on FPGA with multi-channel and high-speed,and this system canprovide the right data for special measurement instrument.In the production process,the application of data acquisition system can gather,monitor and record the technological parameter in the production field.It provide means of improve the product quality and reduce the cost.With the computer technology and the electronic information technology's rapid development,the data acquisition system also obtained the widespread application.Especially in the domains of aerospace,geological prospecting, electric power, radar, communication and so on.Under some special occasions,we also set the very high request to data acquisition system's portability.Therefore,designs an appropriate data acquisition system appears especially essential and urgent.This paper has established a data acquisition system based on FPGA technologies.In the first part of the article,we introduced the relative basic knowledge of FPGA, FPGA platform and the corresponding software development environment.On the basis of that we made the paper on FPGA design development.This paper mainly discuss the multi-channel data-acquisition system which is based on FPGA + ADS8344;in this system,an analog-to-digital converting board which is based on ADS8344 is designed to generate digital signals,then the signals will be transferred to the control unit which is based on FPGA,so that the signals will be compressed and cached in time,at last,the compressed dates will be for further process.By designing and debugging carefully,the analog-to-digital converting board cansupply reliable dates in high frequency;the control unit of the system not only can compress and cache the dates in time but also can work in high frequency,also,this unitcan control the sample of the AD9446 by the sample-clock.The system discussed in thispaper is multi-channel、high-speed and stable so that it can meet the requirement of the electronicmeasurement instrument.Key words: data-acquisition，FPGA，ADS8344目录第1章绪论 (1)1.1 研究目的及意义 (1)1.2 国内外发展趋势及研究现状 (2)第2章多路数据采集器系统的架构 (4)2.1. 数据采集器系统概述 (4)2.2 数据采集的基本流程 (5)第3章数据采集系统的硬件设计 (7)3.1 数据采集器的芯片工作原理 (7)3.1.1 ADS8344芯片的介绍 (7)3.1.2 ADS8344的内部结构 (9)3.1.3 ADS8344的工作时序 (9)3.1.4 ADS8344的主要工作特点 (10)3.1.5 A/D芯片周边部分电路 (11)3.2 FPGA芯片的基本工作原理与基本架构 (12)3.2.2 FPGA芯片的基本架构 (14)3.2.3 FPGA芯片的I/O口 (16)3.2.4 FPGA的时钟源及锁相环接口电路 (17)3.2.5 FPGA的配置电路 (18)第4章数据采集系统的软件设计 (20)4.1 FPGA芯片的V erilog HDL程序设计 (20)4.2 数据采集系统软件设计方案 (21)4.3 控制模块的FPGA实现 (22)4.4 FPGA的编程 (24)4.5 PC机编程 (27)结论 (28)致谢 (29)参考文献 (30)第1章绪论1.1 研究目的及意义随着社会的发展和科学技术的进步，信号处理技术已经越来越广泛的应用于人类活动的各个领域。

基于FPGA多通道采样系统设计资料（经典）

基于FPGA多通道采样系统设计资料（经典）摘要本论文介绍了基于FPGA的多通道采样系统的设计。

用FPGA设计一个多通道采样控制器，利用VHDL语言设计有限状态机来实现对AD7892的控制。

由于FPGA器件的特性是可以实现高速工作，为此模拟信号选用音频信号。

由于音频信号的频率是20Hz-20KHz,这样就对AD转换的速率有很高的要求.因为FPGA的功能很强大，所以我们把系统的许多功能都集成到FPGA器件中，例如AD通道选择部分，串并输出控制模块，这样使得整个系统的外围电路简单、系统的稳定性强。

FPGA的配置模式选用被动串行模式，这样就增强了系统的可扩展性。

输出模式可选择性使得系统的应用相当广泛，串行输出可以用于通信信号的采集，方便调制后发射到远程接受端，远程接收端对采集的数据进行解调；而并行输出模式则可以通过高速存储器将采集的信号放到微机或者其他的处理器上，根据采集的数据进行相应的控制。

此系统的缺点是由于FPGA器件配置是基于SRAM 查找表单元，编程的信息是保持在SRAM中，但SRAM在掉电后编程信息立即丢失，所以每次系统上电都需要重新配置芯片，这对在野外作业的工作人员很不方便，解决的方法是专用的配置器件来配置FPGA，在每次系统上电的时候会自动把编程信息配置到FPGA 芯片中。

但设计中没有采用到这种配置方案主要是考虑到专用配置器件的价格问题。

本文开始介绍了多通道系统的组成部分，然后分别介绍了各个组成部分的原理和设计方法,其中重点介绍了FPGA软件设计部分。

还对当前十分流行的基于FPGA的设计技术作了简单的阐述，最后对系统的调试和应用作了简短的说明。

关键词：音频放大；滤波器；FPGA；VHDL；AD7892；有限状态机；AbstractThe paper introduces the design of multiple channel sampling system based on FPGA, It designs a multiple channelcontrol sampling instrument with FPGA, I use VHDL to design ASM and then achieve the control to AD7892. Because the FPGA device can work in high-speed, we select audio signal for analog signals. The range of audio signal frequency is 20Hz-20 KHz, And then the transform speed of AD sampling must be very high. We integrate many modules in the FPGA device. For example the AD sampling channel control, the mode of output which made the circuit simply and the system stably. We choose Passive Serial for configuring the FPGA device which made the system can extend easily. The mode of output can control which made this system can use many field. The serial output mode can use in the sampling of communication. The sampling data can launch to the long-distance sink by brewage, and then the long-distance sink can demodulation the sampling data. The parallel output mode can put the sampling data to the microprocessor or other processor by the high-speed memorizer. And then control accordingly. The disadvantage of this system is that the configure of the FPGA device is based on SRAM LUT. The message of programming is kept in the SRAM, which will lose when the system is out of power supply. So we should reconfigure the programming message into the FPGA device when the system has the power supply again. It is not very convenience for working outside. But this can be resolve by using appropriative configure device which can load the configure message into the FPGA device automatically when the system have power supply. Because the price of the appropriative device, I don't choose this configure mode in this design.This paper introduce the multiple channel sampling system in the first place, and then introduce the principle of each module and design method separately, among these I introduce thedesigns of FPGA especially. I also introduce the designing technique which is popular at present based on FPGA simply. Finally, I introduce debugging and application of this system.Key words: audio amplifying; filter; FPGA; VHDL; AD7892; ASM目录引言 (1)1FPGA和VHDL概述 (1)FPGA发展历程 (1)VHDL语言介绍 (3)2 多通道采样系统的组成 (3)3 总体方案设计与论证 (4)3.1 方案设计 (4)3.1.1方案一 (4)3.1.2方案二 (4)3.1.3方案三 (4)3.2方案比较 (4)4 单元电路的设计 (5)4.1音频放大、滤波部分 (5)4.1.1音频放大部分 (5)4.1.2有源滤波器的设计 (6)4.2 AD采样电路 (8)4.2.1芯片介绍 (8)4.2.2芯片应用 (11)4.3 FPGA控制部分 (11)4.3.1通道选择模块 (11)4.3.2 AD7892控制部分 (12)4.3.3延时模块的设计 (17)4.3.4串并输出选择控制 (18)4.3.5 FIFO模块 (18)4.3.6 AD采样系统顶层电路设计 (19)4.4 FPGA的硬件设计 (20)4.4.1 EP1K30TC144-3芯片介绍 (20)4.4.2芯片组成描述 (20)4.4.3芯片工作电压设计 (21)4.4.4芯片配置介绍 (22)4.4.5电路设计注意事项 (24)4.4.6硬件电路设计技巧 (25)5 软件介绍 (25)5.1 MAX+PlusⅡ (25)5.2 Electronics Workbench(EWB) (25)5.3Protel99SE (26)6 整机调试 (26)6.1 硬件电路的调试步骤 (26)6.1.1音频放大部分调试 (26)6.1.2滤波部分调试 (27)6.1.3LM317稳压块调试 (27)6.1.4FPGA硬件电路调试 (27)6.1.5AD采样模块调试 (28)6.2 联机调试 (28)6.3调试注意事项 (28)7 结论 (29)谢辞 (30)参考文献 (31)附录 (32)引言FPGA（Field-Programmable Gate Array 现场可编程门阵列）是近年来广泛应用的超大规模、超高速的可编程逻辑器件，由于其具有高集成度（单片集成的系统门数达上千万门）、高速（200MHz以上）、在线系统可编程等优点，为数字系统的设计带来了突破性变革，大大推动了数字系统设计的单片化、自动化，提高了单片数字系统的设计周期、设计灵活性和可靠性。

基于FPGA的高速数据采集系统设计毕业论文

武汉纺织大学毕业设计（论文）任务书课题名称：基于FPGA的高速数据采集系统设计完成期限： 2012年3月2日至2012年5月25日学院名称电子与电气工程学院专业班级电子082 学生姓名陈明秀学号 0803741084 指导老师王骏指导教师职称讲师学院领导小组组长签字一、课题训练内容采集系统的研制工作;以实现对模拟高频信号的处理与控制。

课题选用现场可编程逻辑器件FPGA技术，在Altera公司的Quartus II开发环境中应用VHDL语言进行FPGA的编程与仿真，研究各模块的设计方法与控制流程，结合USB2.0总线接口技术，以期实现系统与PC机连接，在PC上对数据进行分析、显示与监控等，最后对系统性能指标进行验证。

1. 培养学生通过图书馆、互联网等资源查阅相关资料（包括外文资料），训练学生自主获得知识的能力与自学能力；2. 培养学生把所学的知识用于实践并引申到相关专业知识上，锻炼出自学能力；3. 锻炼学生外文阅读及翻译能力；4. 锻炼学生的自我创新能力；5. 在书写论文的过程中，锻炼学生的语言组织能力、逻辑思维能力、办公软件使用的能力；6. 培养学生与人合作、相互交流的能力。

二、设计（论文）任务与要求1. 大量收集与本课题有关的资料：到图书馆、各大书店寻找无线充电技术以及相关电路的资料，并认真进行阅读；到各大数据库与相关网站上搜索与本课题相关的学位论文与相关资料。

2. 第四周前上交毕业设计开题报告一份。

开题报告内容与学校模板要求一致，字数不少于2000字；经指导教师检查合格后才能进行后续工作。

3. 理清论文的总体思路，完成主要的研究工作：1)以CY7C68013为核心，设计一个FPGA的最小系统，并在此基础上通过编写VHDL程序进行系统的开发。

2)对数据采集，高频电路设计信号与电源完整性设计。

3)提高数据采集总体设计方案。

4)结合USB2.0接口的控制器CY7C68013芯片，采集系统进行硬件设计。

基于FPGA的多通道数据采集系统设计

基于FPGA 的多通道数据采集系统设计Design of multi-channel data acquisition system based on FPGA刘欣萌LIU Xin-meng（西安航空学院，西安 710077）摘要：为了对多路图像数据能够同时进行采集，打包，发送到上位机，提出了基于FPGA的多通道数据采集的方案。

采用FPGA+异步RS422总线+千兆以太网的硬件平台和每一路图像数据循环采集的算法，实现了多路图像数据通过异步RS422串行总线进入FPGA处理，再通过千兆以太网发送到上位机。

在FPGA中，对每一路图像数据单独加MAC地址，IP地址，UDP帧头和通道号标记，采用多通道数据循环采集算法，克服了出现丢失某一通道图像数据的现象和通道数错乱现象。

以5台摄像模块作为数据源进行试验，结果表明，每一路图像数据完全正确传送到上位机进行显示，图像数据未出现丢包，错误，马赛克等现象，满足预期要求，达到了检测传输多路数据的目的。

关键词：多通道数据采集；FPGA逻辑控制；千兆以太网中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2017)02-0036-05收稿日期：2016-09-27作者简介：刘欣萌（1990 -），女，陕西西安人，助教，硕士研究生，研究方向为综合交通运输网络布局等。

0 引言数据采集，是指将采集到的数据进行传输、处理、存储及显示等的操作设备[1]，数据采集系统是数据采集结合基于计算机的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。

目前被广泛应用于航空航天、交通运输、电子测量、雷达等领域[2～5]。

国内数据采集系统，受超高速率、超大数据量以及钟同步等重要指标制约[6]。

传统的设计形式存在一次只采集一路数据且传输距离较短、容易丢包等缺陷，已经远远不能满足实际工程应用的需要。

另一方面，从设计的角度考虑，因为同时采集并传输多路数据要兼顾准确性和速度等众多因素，所以必须采用新的设计思路与方法来实现，以保证数据采集的稳定性和可靠性。

基于FPGA的高速数据采集系统的设计

基于FPGA的高速数据采集系统的设计朴现磊熊继军沈三民（中北大学电子测试技术国家重点实验室，山西太原 030051）摘要：本文介绍了以FPGA为核心逻辑控制模块的高速数据采集系统。

设计中采用了自顶向下的方法，将FPGA依据功能划分为几个模块，详细论述了各模块的设计方法和控制流程。

FPGA模块设计使用VHDL语言，在Xilinx ISE中实现软件设计和完成仿真。

整个采集系统不但可实现24路最大工作频率为500kHz的模拟信号采集，而且还能完成1路系统内部信号的采集以达到自校验功能。

关键词：FPGA 数据采集 VHDL语言中图分类号：TN409 文献识别码：BDesign of a High-speed Data Acquisition System Based on FPGAPiao Xian-lei, Xiong Ji-jun, Shen San-minNational Key Laboratory for Electronic Measurement Technology, North University of ChinaTaiyuan, Shanxi Province, 030051Abstract：The high－speed data acquisition system based on FPGA，which is the core logic control module of the system is introduced. According to the method of top-down，FPGA is divided into some functional modules. The designing method and controlling flow of each module are discussed in detail. The VHDL language is adopted in the FPGA module. Software design and system simulation are completed in the integration circumstance of Xilinx ISE. The system not only can acquire 24-route analog signals with 500kHz of maximal frequency, but also has the ability of self-check by acquiring 1-route inner channel signals. Keywords：FPGA，data acquisition，VHDL language一、引言传统的数据采集系统，通常采用单片机或DSP作为主要控制模块，控制ADC、存储器和其他外围电路的工作。

基于FPGA的多通道高速数据采集系统设计共3篇

基于FPGA的多通道高速数据采集系统设计共3篇基于FPGA的多通道高速数据采集系统设计1随着现代科技的高速发展，各种高速数据的采集变得越来越重要。

而基于FPGA的多通道高速数据采集系统因具有高速、高精度和高可靠性等优点，逐渐受到了越来越多人的关注和青睐。

本篇文章将围绕这一课题，对基于FPGA的多通道高速数据采集系统进行设计和探讨。

1、FPGA的基础知识介绍FPGA（Field-Programmable Gate Array）是可重构的数字电路，可在不使用芯片的新版本的情况下重新编程。

FPGA具有各种不同规模的可用逻辑单元数，可以根据需要进行定制化配置。

FPGA可以根据需要配置每个逻辑单元，并使用活动配置存储器从而实现功能的完整性、高速度和多样化的应用领域。

2、多通道高速数据采集系统的设计在高速数据采集领域中，多通道采集是非常常见的需求。

多通道采集系统通常由高速采集模块、ADC芯片、DSP芯片等核心部件组成。

在本文中，我们将会采用 Analog Devices（ADI）公司的AD7699高速ADC和Xilinx（赛灵思）公司的Kintex-7 FPGA，来设计多通道高速数据采集系统。

2.1系统架构设计系统架构是设计一个多通道高速数据采集系统的第一步。

本系统的架构由两个主要芯片组成，分别为高速的ADC模块和FPGA模块。

其中ADC模块负责将模拟信号转换为数字信号，而FPGA模块则负责将数据处理为人类可以处理的数据。

2.2模块设计由于本系统是多通道高速数据采集系统，所以我们需要设计多个模块来完成数据采集任务。

在本系统中，每个模块包含一个ADC芯片和一个FPGA芯片，用于处理和存储采集的数据。

ADC 芯片可以通过串行接口将数据传递给FPGA芯片，FPGA芯片则可以将数据存储在DDR3内存中。

2.3信号采集与处理对于多通道高速数据采集系统，信号的采集与处理是至关重要的。

因此我们需要谨慎设计。

在本系统中，每个通道的采样速率可以达到1MSPS，采样精度为16位。

基于FPGA的高速多通道AD采样系统的设计与实现

电子技术• Electronic Technology92 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering【关键词】现场可编程门阵列多通道采样系统系统硬件电路时序程序高性能模数转换器主要应用于通信、仪器仪表及医疗设备等多个领域。

他对我国国防建设及科研工作的开展有着积极的促进意义。

现场可编程门阵列具有着运行速度快、抗干扰能力强等优势，与之相关的FPGA 系统可以让采集系统更好地满足人们的需求。

FPGA 和AD 设备采样系统之间的有效连接，可以让人们对系统的AD 转换模块的性能进行分析与验证。

1 基于FPGA的高速多通道AD采样系统的总体设计霍尔传感器、滤波电路、AD 采样芯片和FPGA 是基于FPGA 的多通道数据采样系统主要组成部分。

以现场可编程门阵列为核心的数据采集系统可以根据上位机的指令配置和实际需求，对实时采样方式和高速采样方式进行转换，与之相关的硬件电路具有数据采集、自动电桥平衡和状态反馈功能等多种功能。

在AD 采样系统的设计环节，系统硬件电路的搭建方式建立在其整体结构基础之上。

在需要被检测的电流电压进入滤波电路以后，滤波电路会将电流电压转换为模拟量信号，AD 芯片会将经由电路处理的模拟量信号传入FPGA 之中。

2 基于FPGA的高速多通道AD采样系统的实现2.1 AD采样系统的硬件电路设计AD7606是基于FPGA 的高速多通道AD 采样系统中所常用的一种高速模数转换芯片。

这一设备具有着分辨率高、双极性输入效果好和具有多通道同步采样能力的特点。

芯片内部的数字滤波器所具有的过采样功能可以为信号的并行输出及串行输出提供保障。

在AD 采样基于FPGA 的高速多通道AD 采样系统的设计与实现文/刘雨聪系统的硬件电路设计方面，状态机编程方式是实现AD7606的时序控制的有效方式。

根据一些学者的研究结果，系统的工作电压可以被设定为3.3V ，内核电压可以控制为1.2V 。

基于fpga多通道实现对信号的采集技术案例

基于FPGA多通道实现对信号的采集技术案例1. 引言在现代科技发展中，信号采集技术是一项至关重要的内容。

而基于FPGA的多通道信号采集技术能够有效地完成对不同信号的采集和处理。

本文将从简单到复杂，由浅入深地介绍基于FPGA多通道实现对信号的采集技术，并给出相关案例和个人观点。

2. 什么是FPGA（Field Programmable Gate Array）？FPGA是一种集成电路，它提供了一种灵活可编程的硬件评台，可以根据需要进行重新配置和编程，实现不同功能。

3. 信号采集技术概述信号采集技术是指将各种源自不同环境和介质的信号转换成数字信号的技术。

它在电子、通信、仪器仪表等领域有着广泛的应用。

4. FPGA多通道实现对信号的采集技术基于FPGA的多通道信号采集技术通过多个通道同时采集信号，并实现多通道的同步和并行处理。

这种技术在某些特定应用场景下具有显著的优势。

4.1 FPGA多通道信号采集技术的优势•高性能：FPGA具有并行处理能力，能够实现快速、高效的信号采集和处理。

•灵活性：FPGA硬件可编程的特性使得其能够根据具体需求进行灵活配置和定制，适用于不同的信号采集场景。

•可扩展性：FPGA可以根据需要增加或减少通道，实现对不同数量通道的信号采集。

4.2 FPGA多通道信号采集技术的应用案例以某高端仪器仪表为例，该仪器需要同时采集多路信号，并对这些信号进行实时处理和分析。

基于FPGA的多通道信号采集技术使得该仪器能够满足高速、高精度的数据采集要求，并实现了多通道数据的同步处理，为用户提供了更加全面的数据分析和展示功能。

4.3 个人观点和理解我认为基于FPGA的多通道信号采集技术不仅具有高性能和灵活性，而且在一些特定的领域有着得天独厚的优势。

随着科技的进步和应用场景的扩大，这项技术将会有着更广阔的发展前景。

5. 总结本文从FPGA的定义开始，介绍了信号采集技术的概念，然后重点介绍了基于FPGA 的多通道信号采集技术，并结合实际案例进行了说明。

基于FPGA的多通道高速数据采集系统设计

四、数据存储与传输
在高速数据采集系统中，数据的存储和传输是非常重要的环节。我们可以使用 DDR3 SDRAM作为主要的数据存储设备，其高带宽和低延迟特性能够满足高速数据采集的需求。对于数据的传输，我们可以使用PCIe或者以太网等高速接口，确保数据传输的实时性和稳定性。
五、系统优化与测试
在系统设计完成后，我们需要进行系统测试和优化。我们可以通过实际的信号输入来验证系统的采样率、分辨率和噪声性能。同时，我们还需要对系统的功耗进行测试和优化，以确保系统的长时间稳定运行。
3、硬件实现：FPGA内部的各种硬件资源，如查找表（LUT）、触发器（Flipflop）和数字信号处理器（DSP）等，被充分利用来实现数据采集和处理。
参考内容
关键词：FPGA，高速数据采集，实时处理，高精度测量
引言
随着科技的不断发展，高速数据采集技术在许多领域的应用越来越广泛。例如，在工业生产中需要实时监控生产过程的数据，而在科学研究领域中则需要获取大量实验数据进行分析。为了满足这些需求，基于FPGA（现场可编程门阵列）的高速数据采集系统应运而生。本次演示将详细介绍基于FPGA的高速数据采集系统的设计方法、技术特点、应用场景及未来展望。
2、FPGA核心：进行数据的高速处理和传输。 3、存储和传输模块：用于数据的存储和传输。
4、电源和时钟模块：提供稳定的电源和时钟信号。
三、FPGA逻辑设计
FPGA逻辑设计是整个系统的核心部分，主要负责数据的接收、处理和传输。在设计中，我们需要利用FPGA的并行处理能力，优化算法，提高数据处理速度。同时，我们还需要考虑到系统的可扩展性，以便在未来能够方便地进行功能升级。
六、结论
基于FPGA的高速数据采集系统因其灵活性和高性能而具有广泛的应用前景。通过合理的设计和优化，我们可以实现高采样率、高分辨率、低噪声、低功耗的高速数据采集。随着科技的不断发展，我们期待看到更多的创新和突破在高速数据采集领域取得。

基于FPGA的高速数据采集卡的设计(毕业设计)

本科毕业设计说明书基于FPGA的高速数据采集卡的设计DESIGN OF HIGH-SPEED DATA ACQUISITION CARDBASED ON FPGA学院（部）：电气与信息工程学院专业班级：学生姓名：指导教师：年月日基于FPGA的高速数据采集卡的设计摘要论文还从宏观和微观两个方面来分析数据采集卡的各个组成部分。

从宏观上分析了采集系统中各个芯片间的数据流向、速度匹配和具体通信方式的选择等问题。

使用乒乓机制降低了数据处理的速度，来降低FPGA中的预处理难度，使FPGA处理时序余量更加充裕。

在ARM与FPGA通信方式上使用DMA传输，大大提高了数据传输的速率，并解放了后端的ARM处理器。

设计从宏观上优化数据传输的效率，充分发挥器件的性能，并提出了一些改进系统性能的方案。

从微观实现上，数据是从前端数据调理电路进入AD转换器，再由FPGA采集AD转换器输出的数据，后经过数据的触发、成帧等预处理，预处理后的数据再传输给后端的ARM处理器，最后由ARM处理器送给LCD显示。

微观实现的过程中遇到了很多问题，主要是在AD数据的采集和采集数据的传输上。

在后期的系统调试中遇到了采集数据错位、ARM与FPGA通信效率低下，还有FPGA 中预处理时序紧张等问题，通过硬件软件部分的修改，问题都得到一定程度的解决。

在整个数据采集卡的设计过程中还遇到高速PCB设计、硬件设计可靠性、设计冗余性和可扩展性等问题，这些都是硬件设计中的需要考虑和重视的问题，在论文的最后一章有详细论述。

关键词：高速数据采集,触发,高速PCB设计,高速ADC１DESIGN OF HIGH-SPEED DATA ACQUISITION CARDBASED ON FPGAABSTRACTDate acquisition is the premise of measure, the foundation of analysis and the beginning of cognition. Most precise device is based on the date acquisition. With the development of the electronic and digital technology, the speed of date transmission and the calculation of CPU are faster and faster; therefore the requirements of data acquisition and processing are more severe than before.This paper analyzes the system from Macro-and micro respect. From the macro point of view it analyzes data flowing, speed matching and the selection of specific means of communication of acquisition system and so on. We adapt ping-pong mechanism to reduce the speed of analyzing data and pre-difficult of FPGA which lead to the ease of processing Timing Margin of FPGA. DMA transfer is used as communication between ARM and FPGA which improve data transmission rates, and liberate the back-end ARM processor. From the micro point of view, data enter into the A/D converter from the front-end conditioning circuitry, FPGA collecting data on the output of A/D converter and go through the pre-operation of triggering and framing of data. After these operations, data are transmitted to the back-end of the ARM processor and then display on the LCD. A lot of difficult exited in the successful operation in the micro respect which is mainly about A/D data collection and the of transmission data. All of these issues have been settled by the revising of hardware and software.KEYWORDS：High-speed Data Acquisition, Triggering, High-speed PCB High-speed, A/D converter２1绪论1.1 引言数计算机技术在飞速发展，微机应用日益普及深入，微机在通信、自动化、工业自动控制、电子测量、信息管理和信息系统等方面得到广泛的应用。

基于FPGA多通道数据采集系统的设计

0 引言随着军事、工业、农业的不断发展，各种被检测的数据对象越来越多，并且对系统采集数据的精度与速度都提出了更高的要求，尤其对多路信号的采集系统的设计。

传统的多通道模拟量数据采集存储的控制核心一般采用单片机、DSP，在分析和比较传统的数据采集模型后，系统采用FPGA 作为核心控制器件[1]。

1 技术要求同时对幅度0V ～5V 的32路模拟量信号进行采集、编帧和存储，采样字长16位，单通道采样率不超过25KHz 存储容量不小于1Gbyte。

2 系统总体方案图1 系统结构图系统实现方案如下图1所示， 32路输入模拟信号，16路为一组，输出的信号进过调理输入给AD7667，FPGA 处理AD7667输出的数据，并将采集得到的数据存储至flash，同时也将数据上传至上位机实时监测。

3 系统电路设计3.1 驱动与信号调理电路设计信号调理电路如图2所示，为了使整个电路与外界隔离，本设计中使用了信号电压跟随器[2] 。

本系统被采集信号的幅值是0~5V，AD7667输入范围是0~2.5V，设计用了一对10kΩ的高精密电阻对输入模拟信号进行分压。

图2 AD7667驱动电路AD7667的驱动放大器需满足以下条件：(1)运放输出稳定数据采集所需时间必须小于AD7667的采样时间，保证转换精确。

(2)选用低噪声的运放，保证AD7667的信噪比。

信噪比降低程度公式：SNR LOSS =20LOG（2-328784()2dB N f N e π+⋅）3，主要包括数据采集控制模块、、flash 读写控制模块、下发命令识别与数据上传模块。

本系统使用了一种称为中值数绝对偏差发的滤波算法，具体流程就是采用一个移动窗口X 0（G），X 1（G），……，X N-1（G），利用前N 个数据来确定下一个传输个数据的有效性。

具体算法[3]为:(1)先计算窗口序列X 0(G)，X 1(G)，……，X N-1(G)的中值K ；(2)计算序列|X 0-K|，|X 1(k)-K|，……，|X m-1(k)-K|的中值d，令W=1.4826*d ；(3)令q=|X N (k)-K|，如果q<A*W 则输出Y N (G)= X N (G)，否则输出Y N (G)=K。

基于FPGA_的多通道加速度计频率信号采集系统设计

第6期2024年3月无线互联科技Wireless Internet Science and TechnologyNo.6March,2024基金项目:2023年市级科技计划自筹经费项目;项目名称:航天用惯性传感器高精度测频技术研究;项目编号:2023011047㊂河北省教育厅自筹项目;项目名称:航天军用惯性器件高精高稳自动测试装备研发及应用;项目编号:ZC2024051㊂北华航天工业学院国防创新基金项目;项目名称:石英加速度计高稳频率测试关键技术研究与应用;项目编号:GFCXJJ -2023-03㊂作者简介:李佳(1981 ),男,工程师,硕士;研究方向:电子测量,传感器信号处理㊂基于FPGA 的多通道加速度计频率信号采集系统设计李㊀佳,周晓玉,韦雪洁,李万军(北华航天工业学院,河北廊坊065000)摘要:文章设计了一种基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array ,FPGA )的多通道加速度计频率信号采集系统,以FPGA 芯片Artix7XC7A35T 为核心,利用FPGA 实现高精度㊁多通道频率测量功能,通过FT232H 芯片将采集数据传输至计算机存储㊂测试结果表明:该系统可以实现多达12通道的频率测量,测量精度能够达至0.01μs ,可以实现10~100kHz 范围内的频率测量,精度可达1ˑ10-4Hz ,在整个频率范围内测量精度一致㊂通过与Keysight 53230A 高精度测频仪器数据对比,结果证明系统能够达到等精度测量的目的㊂关键词:多通道;等精度测量;加速度计频率中图分类号:TP393㊀㊀文献标志码:A0㊀引言㊀㊀微机电系统(Micro -Electro -Mechanical System,MEMS)技术在微电子学领域迅猛发展,特别是微型加速度传感器因其小型化㊁轻质量和高灵敏度,在多个领域如工业监测㊁汽车电子㊁移动设备㊁惯性导航和姿态控制等发挥着核心作用㊂振梁式加速度传感器通过检测质量块惯性力导致的谐振频率变化来精确测量加速度,具有宽动态范围和优良的抗干扰性㊂随着对多方向加速度信息和多传感器数据同步分析需求的增加,开发一种能高效处理多通道频率信号的系统变得至关重要㊂本文提出一种FPGA 和通用串行总线(Universal Serial Bus,USB)接口的设计方案,使用FT232H 芯片实现与计算机的高效数据交互,为振梁式加速度传感器多通道数据采集与分析提供了高效且强大的支持㊂1㊀系统整体设计㊀㊀基于FPGA 的多通道加速度计频率信号采集系统功能设计如图1所示㊂被测信号通过信号调理电路模块的滤波整形后,传输给FPGA 进行测频㊂选择100MHz 高精恒温晶振作为时钟信号源,FPGA 内部锁相环进行倍频得到时钟f s ㊂FT232H 为USB 接口芯片,负责将FPGA 采集的数据传输给上位机㊂2㊀测频方案选择2.1㊀测试对象㊀㊀本文采集系统可对新型的MEMS 石英振梁加速度计进行频率测量㊂压电加速度计利用石英的压电效应,通过2个石英梁以推挽方式安装形成谐振腔图1㊀系统功能设计体㊂受加速度影响,2个石英梁上会产生拉压应力,这会改变其谐振频率㊂2个石英梁的频率差会与外加力成正比,从而反映加速度的大小[1]㊂通常高精度石英振梁加速度计,其测量范围为ʃ100g,标度因数为50Hz /g,偏置稳定性小于100μg,其输出频率通常会在28~40kHz 范围内㊂2.2㊀测频方法㊀㊀频率测量方法可以分为直接测频法㊁周期测频法和等精度测频法㊂直接测频法是通过统计计数闸门时间内被测信号的脉冲个数来计算频率,其测量精度与系统的闸门时间和被测信号频率相关㊂对于同一个被测信号,当闸门时间越长,相对误差就越小,因此,这种方法适用于高频信号的测量㊂周期测频法是基于被测信号的一个周期内基准频率信号脉冲的个数来计算频率,其测量精度与被测信号周期和基准频率信号的精度相关㊂对于同一被测信号,基准频率越高相对误差越小,这种方法适用于低频信号的测量㊂等精度测频法的测量精度与被测信号的频率大小无关,这种方法能够达到较高且全频段一致的测量精度,因此,被认为是一种先进的频率测量方法[2]㊂等精度测频法时序如图2所示㊂图2㊀等精度测频法时序㊀㊀图2中T d 为闸门时间,N t 为被测信号计数值,N s 为用于计数的标准频率信号计数值,f x 为被测频率值㊂则频率计算公式为[3]:f x =f s ˑN tN s(1)3㊀硬件电路设计3.1㊀FPGA 选型㊀㊀本文频率测量系统选择Artix7XC7A35T 作为逻辑控制芯片搭建㊂芯片资源如表1所示㊂表1㊀Artix7XC7A35T 主要参数芯片型号XC7A35T -2FGG484I运辑单元LOGIC CELLS33280个查找表(SLICES)5200个触发器(CLB FLIP -FLOPS)41600个BLOCK RAM1800kB DSP 处理单元(DSPSLICES)90个温度等级工业级,-40~85ħXC7A35T 芯片具有以下优势㊂(1)高性能㊂Artix7XC7A35T 具有较高的逻辑密度和处理能力,可满足多通道频率测量系统的高速数据处理需求㊂Artix7XC7A35T 具有35000个逻辑单元(Logic Element,LE )㊁可编程逻辑阵列(Programmable Logic Array,PLA)和数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP )模块,能够高效地实现各种数字信号处理算法㊂(2)低功耗㊂Artix7XC7A35T 采用了28nm 工艺技术,具有较低的功耗㊂对于多通道频率测量系统而言,低功耗特性有利于降低系统能耗,节约运行成本㊂(3)高集成度㊂Artix7XC7A35T 集成了丰富的硬件资源,如串行和并行接口㊁高速收发器㊁时钟管理器和锁相环(Phase -Locked Loop,PLL)等,有利于简化系统设计,降低成本㊂此外,芯片还提供了丰富的IO 资源,便于与其他外围设备进行连接㊂(4)易于开发㊂Artix7XC7A35T 提供了丰富的开发工具和库,如Xilinx 软件开发工具包(Software Development Kit,SDK)㊁ISE 设计和验证工具等,便于用户进行FPGA 设计和系统开发㊂此外,芯片支持与其他常用电子设计自动化(Electronic Design Automation,EDA)工具的兼容性,便于协同设计㊂综上,选择Artix7XC7A35T 作为多通道频率测量系统的FPGA 芯片,可以充分利用其高性能㊁低功耗㊁高集成度等优点,实现系统的高效㊁稳定运行㊂3.2㊀USB 接口芯片选型㊀㊀USB 接口广泛应用于数据传输与通信,选型时需要考虑数据速率㊁功耗㊁成本等因素,本设计选择FT232H 作为USB 接口芯片㊂FT232H 是FTDI 公司的新一代USB 转串口芯片[4],与FT245等旧款芯片相比,具有以下优点:(1)支持USB 2.0高速传输模式,最大数据速率可达480Mbps,满足多通道高频率信号采集的带宽需求;(2)内置FIFO 缓存,有效减少USB 传输中的数据丢包可能;(3)支持更多通信接口模式,如SPI㊁I2C 等,便于与FPGA 和其他器件连接;(4)封装小,功耗低,成本低;(5)产品成熟度高,资料齐全㊁应用广泛,可以降低系统设计的难度㊂4㊀仿真以及系统测试4.1㊀USB芯片通信仿真㊀㊀本文基于Verilog语言编写了一个仿真文件,用于对USB通信芯片FT232H进行功能测试㊂仿真测试文件定义了一个名为FT232H_model_tb的模块,该模块用于模拟FT232H芯片功能㊂模块内部包含了芯片的时钟㊁数据输入输出㊁读写控制等信号以及一些用于产生随机数据的函数㊂对芯片的时钟㊁数据输入输出㊁读写控制信号进行行为描述㊂当芯片接收到外部数据时,这些数据将被存储到芯片内部;而当芯片需要发送数据时,将会把存储在芯片内部的数据发送出去㊂此外,根据芯片类型和数据宽度参数,对数据进行相应的处理㊂仿真结果证实了FT232H USB 接口芯片与FPGA的逻辑控制功能是正确的㊂4.2㊀系统整体测试㊀㊀本文搭建了一个实验测试平台,利用DG1022信号发生器㊁频率计Keysight53230A(外接铷原子时钟作为基准)进行比对测量实验,验证电路采集板卡和系统的频率测试精度达到1ˑ10-4Hz量级㊂表2㊀测频比对结果信号发生器设置输出频率/kHz Keysight53230A读数/Hz测频系统读数/Hz差值/Hz25.00000025000.020********.020050.00004130.00000030000.01989230000.019940.00004835.00000035000.01983235000.01980-0.00003240.00000039999.99137939999.99133-0.00004945.00000044999.99122344999.991260.00003750.00000050000.020********.02080-0.0000325㊀结语㊀㊀本文提出了一种基于FPGA和USB接口的设计方案,使用FT232H芯片实现与计算机的高效数据交互,为加速度传感器多通道数据采集与分析提供了高效且强大的支持㊂通过搭建实验平台,利用DG1022信号发生器㊁高精度频率计Keysight53230A进行比对测量实验,验证了系统的频率测试性能和精度满足设计要求㊂参考文献[1]高延滨,詹俊妮,何昆鹏,等.高精度石英振梁加速度计频率采样系统设计[J].应用科技,2012(3): 61-65.[2]戴莹春,严家明,刘诗斌,等.基于FPGA的等精度测频模块的研究与实现[J].弹箭与制导学报,2006 (1):623-625.[3]李丽华.FPGA实现的数字等精度测频仪设计[J].电子测试,2022(21):29-32.[4]席赫岐.基于USB接口的高速信号采集系统设计[J].信息系统工程,2016(12):106-107.(编辑㊀王雪芬)Design of multi-channel accelerometer frequency signal acquisition system based on FPGALi Jia Zhou Xiaoyu Wei Xuejie Li WanjunNorth China Institute of Aerospace Engineering Langfang065000 ChinaAbstract This paper designs a multi-channel accelerometer frequency signal acquisition system based on field programmable gate array FPGA with the FPGA chip Artix7XC7A35T as the core.The FPGA is utilized to realize high-precision multi-channel frequency measurement functions.The collected data is transmitted to the computer for storage through the FT232H chip.The test results show that the system can realize frequency measurement of up to12 channels.The measurement precision can reach0.01μs and frequency measurement in the range of10~100kHz can be realized.The precision can reach10-4Hz with consistent measurement precision across the entire frequency range. Through comparison with the data of Keysight53230A high-precision frequency counter it has been verified that the system achieves the goal of equal precision measurement.Key words multi-channel equal precision measurement accelerometer frequency。

基于FPGA的多通道高速数据采集系统的研究

1 绪论数据采集系统是计算机智能仪器与外界物理世界联系的桥梁，是获取信息的重要途径。

数据采集技术主要指从传感器输出的微弱电信号，经信号调理、模数转换到存储、记录这一过程所涉及的技术[1]。

随着科学技术的进步，特别是以传感器技术、通信技术和计算机技术为基础的现代信息技术的发展，以及测试理论的不断发展，数据采集技术的发展也是日新月异，在较小系统中对信号进行实时处理已经成为可能，且越来越受到人们的重视，这就要求作为最底层的数据采集系统，既要具有很高的采样速率，又要能提供更丰富的原始数据信息[2]。

在电子测量中，常常需要对高速数据信号进行采集与处理。

例如，在光传感技术中，对光脉冲散射信号的测量；在雷达工程中，对电磁脉冲信号的测量等，这就需要对高速数据信号进行采集与处理，而且对此类高速数据信号的测量，往往对数据采集与处理系统提出更严格的要求[3]。

作为一名学习电气工程及其自动化专业的学生，应用所学知识去扩展自动控制技术将是自己以后发展的主要方向，而多通道高速数据采集系统将是自己以后重要的应用工具之一，所以把对多通道高速数据采集系统的研究作为自己的毕业设计课题，无疑可以巩固自己的知识，也可以对自己以后的工作起到一定的帮助作用。

2 项目分析2.1 项目描述本课题研究的主要内容是利用FPGA技术进行FPGA的多通道高速数据采集。

要求采用FPGA+ADC实现多路并行采样，通过FPGA+FIFO实现高速实时存储，共有12个信号通道，采样率为250KSPS，输入信号范围为±5V，数据宽度为16位。

数据采集控制器的程序设计全部采用VHDL硬件描述语言描述。

2.2 项目需求分析数据采集系统的核心是中心控制逻辑单元，它对整个系统进行控制和数据处理。

常用的高速多通道数据采集的设计方案有两种：(1)以单片机MCU为控制核心，控制多通道数据采集与处理。

因为单片机本身指令周期及处理速度的影响，同时随着程序量的增加，如果程序的健壮性不理想的话，可能会出现“程序跑飞”和“复位”现象。

基于FPGA的多通道高速信号采集器的设计

基于FPGA的多通道高速信号采集器的设计【摘要】采用FPGA技术设计的高速数据采集器可实现采集高速信号并实现实时上报的功能。

利用FPGA，外部只需添加简单的电平转化电路即可灵活实现多通道、多主机、多路径实时数据传递。

该系统信号采集速度快，接口类型多样，当应用到工业现场后还可以通过RS485总线进行远程升级来满足后续工程的需要而不需要对硬件做任何更改，比传统的数据采集系统有更强的竞争优势。

【关键词】数据采集;AD转换;ISA;RS485引言随着电子技术的高速发展，数字系统被广泛的应用于工业、医疗、军事、科技等领域，高速数据采集系统已成为数字系统重要组成部分。

传统的信号采集设备，采用单片机或DSP为主要控制器，由于系统时钟频率低，接口种类少，造成系统采集通道数有限，采集速率低，接口种类单一，灵活性差。

基于FPGA硬件可定制的特点，所有功能利用硬件实现，可有效解决以上问题。

使得产品采集精度和速率大幅提高，灵活性和可扩展性得以优化。

同时利用FPGA可现场编程的特性可方便实现系统的远程维护和升级。

1.多通道数据采集器系统架构数据采集器主要由6部分组成，它包括两路A/D转化模块，FPGA处理模块，ISA接口模块，485接口模块，SPI扩展口组成的通信接口选择模块。

如图1所示。

图1FPGA的主要任务是生成控制信号和驱动系统各部分的时钟信号，完成整个系统的逻辑控制以及A/D转化模块，485接口，ISA接口，SPI接口芯片组的驱动。

1.1 FPGA芯片概述FPGA采用了Atlera公司的EP3C25F256。

该芯片内部包含24624个逻辑单元，608256bit的RAM存储器，66个乘法器，4个内置锁相环可用I/O口182个。

由于AD9241转换速率高数据无法实时上报可利用内部的RAM作为缓存区储存数据。

FPGA预留SPI总线接口可与单片机、DSP、ARM等芯片直接连接，用做功能扩展、数据传递，同时初始化系统。

1.2 485接口模块RS485总线采用平衡双绞线作为传输媒介最远传输距离可达1219米以上，可实现系统的远程控制和数据交互并且能够进行远程系统更新升级，同时485总线可多机并联，从而能够实现一台核心服务器控制多部数据采集器的功能。

基于FPGA的高速多通道AD采样系统的设计与实现_徐加彦

AD7606 转换控制信号为 CONVSTA 和 CONVSTB。 CONVSTA 控制 V1，V2，V3，V4 通道，CONVSTB 控制 V5，V6，V7，V8 转换通道，本文将 CONVSTA 和 CONVSTB 短接在一起，8 通道同时转换。 S0 是空闲状态，CS 为高电平，RD 为高电平；通过边沿检测是否有 BUSY 信号，若有则进入 S1 状态，否则等待。由于等待 CS 稳定下来（CS 到 RD 设置时间 t8），需要插上延时状态 S2，到 S3 稳定，在 S4，S5 状态将 RD 拉低，读取第一通道 V1 的转换结果，之后依次重复 7 个脉冲序列，可使各通道的转换结果按升序逐个输出到并行总线 DB[15：0]上，在状态机里可方便地设置各种状态。
数转换芯片，具有 8 通道同时采样，16 位输出的特
点，是一款高分辨率、双极性输入、同步采样的高性
能模数转换芯片。采用 Altera 公司的EP2C35F672
可编程逻辑控制器件对 AD7606 进行时序控制。并
在 FPGA 里设置一块双口 RAM，存储 AD7606 的数
输出条件
输出
图 2 有限状态机模型 Fig.2 Model of finite state machine
在数字电路中，状态机可用可编程逻辑控制器件来建造，通过寄存器来储存状态变量，确定状态转移的一块组合逻辑和确定状态机输出的另一块组合逻辑。 2.3 时序程序的设计
有限状态机的设计对系统的高速性能、高可靠性、稳定性都具有决定性作用。采用状态机的形式，在每个状态中，状态机可并行同步完成许多运算和控制操作，相比于 CPU 按照指令逐条运行的方式，一般有状态机构成的硬件系统比对应的CPU 完成同样功能的软件系统的工作速度要高出 3～5 个数量级。在可靠性能方面，状态机是在FPGA 通过纯硬件电路构成，其运行不依赖软件指令逐条执行，因此不存在 CPU 运行软件过程中的许多缺陷[3]。

基于FPGA的高速数据采集系统的设计

收稿日期:2001-12-28;修改日期:2002-06-14文章编号:1006-6705(2002)03-0046-04新产品・新技术基于FPG A 的高速数据采集系统的设计张　伟1,韩一明2,吴新玲1(1.华北电力大学电子系,河北保定071003;2.天津电力公司,天津200000)Design of H igh Speed Data Acquisition System B ased on FPGAZH ANG Wei 1,H AN Y i 2ming 2,W U X in 2ling 1(1.N orth China E lectric P ower University ,Baoding 071003,China ;2.T ianjin E lectric P ower C o ,T ianjin 200000,China )Abstract :FPG A can replace MPUs and DSPs in controlling the data acquisition process in data acquisition system.The system based on FPG A has the characteristics of high speed ,functional agility and easy to m odify.Hence it is especially suitable for the highspeed data acqui 2sition.According the method of top 2down ,FPG A is divided into s ome functional m odules.The designing method and controlling flow of each m odule are discussed in detail.The data acquisition system can be used in rem ote power supervising and controlling.S imulation results dem onstrate the validity of the data acquisition system.K ey w ords :data acquisition ;FPG A ;PCI bus ;rem ote supervising and controlling摘要:FPG A 可以在数据采集系统中取代单片机和DSP 对数据采集过程进行控制。