基于FPGA的高速数据采集技术毕设论文
基于FPGA的高速数据采集系统
基于FPGA的高速数据采集系统接口设计当前，越来越多的通信系统工作在很宽的频带上，对于保密和抗干扰有很高要求的某些无线通信更是如此，随着信号处理器件的处理速度越来越快，数据采样的速率也变得越来越高，在某些电子信息领域，要求处理的频带要尽可能的宽、动态范围要尽可能的大，以便得到更宽的频率搜索范围，获取更多的信息量。
因此，通信系统对信号处理前端的A/D 采样电路提出了更高的要求，即希望A/D转换速度快而采样精度高，以便满足系统处理的要求。
可编程门阵列FPGA的出现已经显著改变了数字系统的设计方式。
应用可编程门阵列FPGA，可使数字系统设计具有高度的灵活性，因此FPGA的应用越来越广泛，而新一代FPGA--VirtexⅡ－PRO的出现使FPGA的功能更加强大，但随之而来的是要求提高数据的传输速率，过去人们总是关心如何提高处理器运行速度，而现在关心的是怎样才能更快地将数据从一个芯片传输到另一个芯片。
可见，高速数据采集系统的输入输出接口设计就显得尤为重要。
1高速采集系统介绍数据采集系统原理框图如图1所示，输入的中频信号经A/D采样电路采样后，转换成LVDS信号送入FPGA中，或通过FPGA的端口RocketIO从高速接口输出，或通过FPGA 的端口LVDS循环存储于高速缓存中，再由低速接口输出。
其中，FPGA主要完成对外接口管理、高速缓存的控制和管理。
时钟控制电路对A/D数据转换器和可编程门阵列FPGA起同步和均衡作用。
2输入输出接口研究VirtexⅡ－PRO系列是在VirtexⅡ系列FPGA的基础上，嵌入了高速I/O接口和IBM PowerPC处理器，它能实现超高带宽的系统芯片设计，支持LVDS，LVPECL等多种差分接口，适应性很强。
其中高速串行（MGT）技术采用了RocketIO技术，在可编程逻辑器件中内嵌了速率为3.125Gb/s的多端串行通信接口，该技术包括千Mb以太网、10千以太网、3GIO、SerialATA、Infiniband和Fibre Channel，为高性能接口提供了完成的解决方案。
基于FPGA的高速数据采集器
内 尚 不 具 备 该 类 型 的 高 速 采 集 器 。 文 设 本
计 了一 种 基 于Ｆ ＧＡ的 高速 数 据 采 集 器 ， Ｐ 由
当ｆ ｍ较大 时 ， 往 对采 样 速 率ｆ要 求 较 往 ｓ
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１高速 数据采集理论及技术
括 采样 速 率 、 辨 率 、 储 量 和 实 时性 等 技 分 存
采样定理 和带通采样定理 。 术指标。 数 据 采 集 系统 发 展 的 趋 势 是 往 高速 高 １ １低通 采样 定 理 ． 分 辨 率 方 向发 展 ， 是 受 到 器 件 和 工 艺 的 但 指标 的限制 ， 现高 速高分辨率 的采样 系 实 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 Ｇ Ｐ 但 国 Ｓ Ｓ，
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限 制 ， 别是 采 样 速 率 和 分 辨 率 这 一 矛 盾 理 ， 特 假设 有 一 模 拟 信 号 ｘ ｔ ， 带 宽 限 制 在 （） 其
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Ａ ４ ０３ Ｔ８ ＡＳ ０ 作为采 样器 件 ， 该芯 片是采 样速 率可 达到 ｌ Ｓ Ｓ 分辨率 为ｌ ｂｔ 采样后 的数 Ｇ Ｐ ， Ｏｉ 。
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毕业设计(论文)-基于fpga的数据采集器[管理资料]
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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；○3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④设备的性能与成本的协调还缺乏一定的优势。
基于FPGA的高速数据采集技术毕设论文
南 京 理 工 大 学毕业设计论文作 者: 王 娜 学 号： 0808190110学院(系): 自动化学院专 业: 电气工程及其自动化题 目: 基于FPGA 的高速数据采集技术指导者：(姓 名) (专业技术职务)评阅者：(姓 名) (专业技术职务)2012 年 6 月樊卫华 副教授 讲师 赵高鹏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，数据采集不断地向高速、智能化的方向发展。
本文针对此需求，实现了一种基于FPGA的高速数据采集系统。
该系统利用AD器件对信号进行模数转换，利用FPGA设计内部模块进行ADC的逻辑控制并实现数据缓存功能。
本文首先介绍了高速数据采集技术的国内外发展现状，确定了系统总体方案，完成了FPGA与A/D的芯片选型；利用Protel完成了硬件电路原理图的设计，并使用Quartus II完成了FPGA内部模块的设计，实现了时钟管理模块、数据采集控制模块和数据缓存模块。
最后在Red Cyclone开发板上完成了FPGA程序的下载测试，验证了程序的正确性。
关键词FPGA 高速数据采集A/D模数转换Title FPGA Based High-speed Data Acquisition TechnologyAbstractAlong with the development of computer technology by leaps and bounds and mobile communications technology has advanced in daily life, data acquisition develops to high speed, intelligent continually. According to the needs, this paper designed a high-speed data acquisition system based on FPGA. The system used AD device to realize A/D conversion, used FPGA to design internal modules of ADC logic control and realized circuit control data cache function.This paper firstly introduced the development of high-speed data acquisition technology at home and abroad, determined the system overall program, completed the FPGA and AD chip selection, finished the design of the hardware circuit principle by using Protel, completed the design of FPGA internal module by using Quartus II, realized clock management module, data acquisition control module and data cache module. Finally finished the FPGA program download test on the Red Cyclone development board to verify the correctness of the program.Keywords FPGA High-speed Data acquisition AD converter目次1 绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 高速数据采集的现状 (2)1.3 课题研究任务及论文结构 (3)2 系统总体设计方案 (4)2.1 需求分析 (4)2.2 系统实现方案 (4)2.3 系统各模块芯片选型 (6)2.4 本章小结 (8)3 硬件电路设计 (9)3.1 硬件电路设计工具介绍 (9)3.2 硬件详细设计 (9)3.3 本章小结 (14)4 程序的设计与实现 (15)4.1 FPGA设计与仿真工具 (15)4.2 时钟管理模块的设计与实现 (18)4.4 数据缓存模块的设计与实现 (25)4.5 总体电路图 (27)4.6 本章小结 (29)5 FPGA下载测试 (30)5.1 FPGA下载简介 (30)5.2 测试结果与分析 (31)5.3 本章小结 (36)结论 (37)致谢 (38)参考文献 (39)1绪论1.1课题背景在工业生产和科学技术研究的各行业中，常常需要对各种数据进行采集，如液位、温度、压力、频率等信息的采集。
基于FPGA的高速数据采集系统设计
基于FPGA的高速数据采集系统设计随着科学技术的不断进步，数据采集系统在许多领域都发挥着重要作用。
为了满足高速数据采集的需求，基于现场可编程门阵列（FPGA）的高速数据采集系统设计应运而生。
本文将介绍这一系统的设计原理和关键技术。
首先，我们需要了解FPGA的基本原理。
FPGA是一种可编程的硬件设备，可以根据需要重新配置其内部逻辑电路。
这使得FPGA在数据采集系统中具有极大的灵活性和可扩展性。
与传统的数据采集系统相比，基于FPGA的系统可以实现更高的采样率和更低的延迟。
基于FPGA的高速数据采集系统设计主要包括以下几个关键技术。
首先是模数转换（ADC）技术。
ADC是将连续的模拟信号转换为数字信号的关键环节。
在高速数据采集系统中，需要使用高速、高精度的ADC来保证数据的准确性和完整性。
其次是FPGA内部逻辑电路的设计。
为了实现高速数据采集，需要设计高效的数据处理逻辑电路。
这些电路可以实现数据的实时处理、存储和传输等功能。
同时，还需要考虑电路的时序约束和资源分配等问题，以确保系统的稳定性和可靠性。
另外，时钟同步技术也是高速数据采集系统设计的重要内容。
在高速数据采集过程中，各个模块需要保持同步，以确保数据的准确性。
因此，需要设计合理的时钟同步方案，保证各个模块在同一个时钟周期内完成数据的采样和处理。
最后，还需要考虑系统的接口和通信问题。
基于FPGA的高速数据采集系统通常需要与其他设备进行数据交互，如计算机、存储设备等。
因此，需要设计合适的接口和通信协议，实现数据的传输和存储。
综上所述，基于FPGA的高速数据采集系统设计涉及多个关键技术，包括ADC技术、FPGA内部逻辑电路设计、时钟同步技术以及接口和通信问题。
通过合理的设计和优化，可以实现高速、高精度的数据采集，满足现代科学研究和工程应用的需求。
这将为各个领域的数据采集工作带来巨大的便利和发展空间。
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的高速数据采集平台设计
器 ， 全 功 率 带 宽 （ＰＢ ） １７ ＧＨｚ， 用 单 电 源 １９ Ｖ供 电 ， Ｆ Ｗ 为 ． 功 耗 只 有 １６ 。 利 用 内 置 的 两 个 转 换 器 进 行 交 替 取 样 ， 便 Ｗ 可 将 每 一 通 道 的 取 样 速 度 提 高 至 ２ ＧＳ Ｓ。 每 个 通 道 均 为 差 Ｐ
１ ／７ 种计 数 模 式 ，一 般 情 况下 ， 当输 出频 率 较 高 的 时候 ６１ 两 选 用１ ７ 数 器 ， 输 出 频 率 较 低 的 选 用 ８９ 数 器 。 ６门 计 ／计
件 ＡＤＣ ８ ０ 芯 片 ，其 最 高 单 通 道 采 样 频 率 达 １３ＧＨｚ ０ Ｄ１ ０ ０ ． 。
题 ，也需 要 后续 处理 采 用 高速 处 理芯 片 。 本 文 设 计 了 一 种 基 于 ＡＬ Ｅ Ａ公 司 Ｓ ｒｔ 系 列 Ｆ Ｇ Ｔ Ｒ ｔａ ｉ ｘ Ｐ Ａ器 件 ＥＰ ￥ 的 高 速 数 据 采 集 平 台 ， 其 中 高 速Ａ／ １ ４０ Ｄ转 换 器 采 用 了 １ 片 国 家 半 导 体 公 司 （Ｎ ｔ ｎ ｌ ｅ ｉ ｎ ｕ ｔ ｒ ａｉ ａ Ｓ ｍ ｃ ｄ ｃｏ ）的 高 速 采 样 器 ｏ ｏ
２时 钟 电路 ．
时 钟 电 路 采 用 了ＡＤＦ ３ ０为 系 统 提 供 １ ４ ６ ＧＨｚ 时 钟 。 该 的 芯 片 是 个 集 成 的 整 数 Ｎ合 成 器 和 压 控 振 荡 器 （ Ｃｏ ）， 中 心 Ｖ
用 越 发 广 泛 。 在 高 速 数 据 采 集 系 统 中 ，其 核 心 器 件 是 Ｄ转
设 计 的 逻 辑 功 能 ； 输 入 输 出 块 （１ ｓ ）， Ｉ ０Ｂ ＯＢｓ 供 封 装 引 提 脚 和 ＣＬ ｓ之 间 的 接 口 ， ＣＬ ￣ 用 一 个 通 用 的 布 线 矩 阵 实 Ｂ Ｂｓ ｌ Ｊ
基于FPGA的高速数据采集系统设计
基于FPGA的高速数据采集系统设计随着科技的不断进步，数据采集和处理的速度需求也越来越高。
为了满足这种需求，基于FPGA的高速数据采集系统应运而生。
本文将对其进行阐述，包括其原理、结构、应用和未来发展方向。
一、系统原理FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，通过程序设计可以实现不同的逻辑和功能。
基于FPGA的数据采集系统，即是将FPGA作为处理核心，利用其高速的数据处理能力和可编程性，进行数据采集和处理。
这种系统的原理是将信号输入到FPGA中，通过FPGA的逻辑电路分析、处理、交换和传输等一系列操作，将数据利用高速通信接口传输到处理单元，最终实现高速数据采集和处理的功能。
二、系统结构基于FPGA的高速数据采集系统一般由两部分组成：数据采集模块和数据处理模块。
1. 数据采集模块数据采集模块主要由采样模块、数字信号处理模块、时钟模块和控制模块等组成。
其中，采样模块是整个数据采集模块中最为重要的部分，其主要功能是对模拟信号进行采样、变换为数字信号并存储到缓存中。
数字信号处理模块则对采样得到的信号进行滤波、放大等处理操作，使其符合后续处理的要求。
时钟模块负责对采集数据进行时钟同步，确保数据的完整性和准确性。
控制模块负责控制整个系统的运作和协调各模块的工作，保证系统运行的顺畅和稳定。
2. 数据处理模块数据处理模块主要由处理核心、存储模块和通信模块组成。
其中，处理核心是整个数据处理模块中最为重要的部分，其主要通过FPGA中的逻辑电路对采样数据进行处理、分析和计算等操作，使其符合需求并输出结果。
存储模块是处理模块中用于存储数据的部分，如FPGA中集成的RAM、Flash等存储器件。
通信模块则主要实现数据的传输和交换，包括高速串口、以太网接口、USB接口等。
三、应用领域基于FPGA的高速数据采集系统广泛应用于科学研究、医疗领域、通信技术、工业控制等各个领域。
1. 科学研究：FPGA作为高速数据采集系统的处理核心，在科学研究中起到了重要作用。
基于FPGA的高速数据采集及分析
基于FPGA的高速数据采集及分析FPGA（现场可编程门阵列）是一种基于硬件逻辑配置的可编程电路芯片，具有高度的灵活性和性能优势，被广泛应用于高速数据采集及分析领域。
在本文中，我们将介绍FPGA在高速数据采集及分析中的优势和应用。
首先，FPGA具备高速采集能力。
由于FPGA的硬件并行性和高度可定制的特性，它可以同时处理多个数据流和通道，实现高速的数据采集。
FPGA内置的时钟管理模块和高速IO接口可以实现对高速数据的快速采样和传输，使得FPGA成为高速数据采集系统中不可或缺的核心组件。
其次，FPGA具备实时的数据处理能力。
FPGA内部的硬件逻辑可以根据实际需求进行定制，实现针对特定应用场景的数据处理算法。
与传统的软件算法相比，FPGA可以并行处理大量的数据，实现实时的数据处理和分析。
这对于需要快速响应的实时应用非常重要，例如雷达信号处理、医学图像处理等。
此外，FPGA还具有低延迟的特性。
FPGA采用硬件描述语言进行编程，可以直接在硬件层面上实现数据处理算法，避免了软件层面的中间环节和延迟。
由于硬件级别的并行处理能力，FPGA可以实时响应来自外部传感器的数据，减少数据传输和处理的延迟时间，提高系统的实时性。
在高速数据采集及分析应用中，FPGA可以用于数据预处理、数据压缩和数据加速等方面。
在数据预处理方面，FPGA可以进行数据的滤波、采样率变换和数据校正等操作，提高数据质量和可靠性。
在数据压缩方面，FPGA可以采用各种算法（如哈夫曼编码、小波变换等）进行数据压缩，减少数据存储和传输的成本。
在数据加速方面，FPGA可以进行并行计算和加速算法的硬件实现，提高数据处理的速度和效率。
除了上述应用，FPGA在高速数据采集及分析领域还可以用于实时图像处理、机器学习加速和高性能计算等方面。
例如，FPGA可以用于实时视频图像的处理和分析，实现目标检测、跟踪和识别等功能。
同时，FPGA可以配置深度学习算法进行机器学习任务的加速，提高算法的执行效率。
基于FPGA的高速数据采集与处理系统研究
基于FPGA的高速数据采集与处理系统研究近年来，随着科技的不断发展和进步，以及信息化时代的到来，传统的数据采集与处理方式已经无法满足日益增长的数据处理需求，而基于FPGA的高速数据采集与处理系统成为了一种重要的选择。
本文将从以下几个方面探讨基于FPGA的高速数据采集与处理系统的研究。
一、FPGA的基本概念与特点FPGA全称为Field Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列。
它是一种可编程逻辑器件，具有灵活性高、可重复编程、性能优异等特点。
FPGA的基本结构由可编程逻辑单元、可编程连线资源和I/O单元组成。
其中，可编程逻辑单元用于实现逻辑运算，可编程连线资源用于连接不同逻辑单元，I/O单元则用于与外部设备进行数据交互。
FPGA的工作原理是通过将Verilog或VHDL等高级语言代码编译成二进制文件，然后通过下载到FPGA芯片中实现功能。
FPGA具有灵活性高、可重复编程、性能优异等特点，如在数据采集和处理中，由于采集数据来源的差异性和复杂性，需要对采集和处理过程进行实时控制，使用FPGA可实现强大的实时控制能力，能够将数据采集与处理相结合，达到高效、稳定和可靠的数据处理效果。
二、基于FPGA的高速数据采集采集数据是数据处理的第一步，准确且高效的数据采集对于后续的数据处理具有至关重要的意义。
在基于FPGA的高速数据采集系统中，通常采用DMA（Direct Memory Access）方式实现高速数据传输，以便实现高效的数据采集。
DMA是一种数据传输方式，其不需要CPU的介入，直接将数据从外部设备读写到内存中，从而有效提高数据采集速度和效率。
在基于FPGA的数据采集系统中，通常在FPGA外加一块高速缓存，通过DMA方式，在缓存区内进行前端数据的处理和分包，然后再通过FPGA与下一段处理单元进行数据交互。
三、基于FPGA的高速数据处理基于FPGA的高速数据处理是本文的重点。
数据处理是对采集到的数据进行计算、分类、过滤、压缩等处理操作，直接决定了数据处理的质量和效率。
(完整版)基于FPGA的高速数据采集系统设计毕业设计
（完整版）基于FPGA的高速数据采集系统设计毕业设计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： 2021年3月2日至2021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和控制。
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和控制流程，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、显示和监控等，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和自学能力；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）任务和要求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；到各大数据库和相关网站上搜索与本课题相关的学位论文和相关资料。
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，高频电路设计信号和电源完整性设计。
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的高速数据采集系统的设计
图 １ 高速数据采集系统原理框图 １．数 据 采 集 部 该部分主要由一 片 高 速 ＡＤ 芯 片 和 一 片 Ａｌｔｅｒａ 的 ＦＰＧＡ 构 成。由于本系统设计采样速度最大为 ５０Ｍ， 根据采 样定理， 采样 频率至少应该在 １００Ｍ 以上， 所以 ＡＤ 芯片采用的是 ＭＡＸＩＭ 公 司 的 ＭＡＸ１００。 该 芯 片 转 换 精 度 ８ 位 ， １．８ｖ 电 源 供 电 ， 低 功 耗 ， 最 高 工 作 速 度 为 ２５０ＭＳＰＳ。 经 过 测 试 可 以 很 好 的 满 足 系 统 测 试要求。 通 常 在 低 速 数 据 采 集 系 统 中 常 使 用 ＭＣＵ 作 为 ＣＰＵ 来 控 制。但在高速数据采 集 系 统 中 ， 往 往 会 受 到 ＭＣＵ 的 影 响 ， 而 且 随着速 度 的 提 高 ＡＤＣ， ＲＡＭ， ＭＣＵ 之 间 的 时 序 同 步 问 题 也 会 显 示出来。因此本系统使用 了高速、多 Ｉ／Ｏ 口的 ＦＰＧＡ 芯片来控制
目前生产 ＵＳＢ 芯 片 的 厂 商 很 多 ， 主 要 的 产 品 有 ＣＹＰＲＥＳＳ
公 司 的 ＥＺ－ ＵＳＢ， ＰＨＩＰＩＬＩＰＳ 公 司 的 ＰＤＵＳＢＤ１２， Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉ
ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ 公司 ｒ 的 ＵＳＢ９６０４ 等。本设计采用的是 ＣＹＰＲＥＳＳ 公
司 的 带 ８０５１ 内 核 单 片 机 的 ＥＺ－ ＵＳＢ 系 列 参 ＣＹ７Ｃ６８０１３。 该 芯
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Ｐ ＬＤ ＣＰ ＬＤ ＦＰ ＧＡ 应 用
基于 ＦＰＧＡ 的高速数据采集系统的设计
Ｄｅ ｓ ｉｇ ｎ ｏ ｆ ａ Ｈｉｇ ｈ － ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ Ｄａ ｔａ Ａｃｑ ｕ ｉｓ ｉｔｉｏ ｎ Ｓ ｙｓ ｔｅ ｍ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＦＰＧＡ
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高速数据采集系统（终）
基于FPGA 的高速数据采集系统设计摘要：基于可编程逻辑器件FPGA 和USB2.0芯片CY7C68013为核心的高速采集系统，设计了在FPGA 的控制下，的控制下，USB USB 接口模块、接口模块、AD AD 转换模块等协同工作下对输入信号的数据采集系统。
介绍了从硬件和软件两个方面来设计数据高速采集系统，重点说明了硬件设计的原理、重点说明了硬件设计的原理、固件程序的设计思想、固件程序的设计思想、固件程序的设计思想、应用程序的设计、应用程序的设计、应用程序的设计、固件下载固件下载驱动程序的开发，驱动程序的开发，USB USB 控制器CY7C68013的特性，通过VHDL 语言设计对USB 控制器的访问控制操作、制器的访问控制操作、USB USB 控制器固件程序设计、控制器固件程序设计、USB USB 驱动程序设计。
该系统可以实现对信号的高速采集，以实现对信号的高速采集，并通过并通过USB 总线与上位机通信，实现在Labview 控制界面下进行显示以及数据的存储，这种基于FPGA 的同步采集、实时读取采集数据的设计充分发挥了FPGA 和USB 的优点，提高系统采集和传输速度。
的优点，提高系统采集和传输速度。
关键词：FPGA ；USB2.0；高速采集；Labview High Speed Data Acquisition System Design Base on FPGA Abstract: Take the the logical logical logical component component component FPGA, FPGA, FPGA, USB2.0 USB2.0 USB2.0 chip chip chip and and and CY7C68013 CY7C68013 CY7C68013 as as cores.This system realize the high speed acquisition of input signal with the cooperation work of FPGA controller, USB connector and AD converter. Introducing from two aspects of hardware and software ,the design of high speed data acquisition System System focuses focuses focuses on on on the the the principle principle principle of of of hardware hardware hardware design, design, design, the the the firmware firmware firmware program program program design, design, application design, development of firmware download driver, USB controller CY7C68013 CY7C68013 characteristics characteristics characteristics realize realize realize the the the control control control of of of visit visit visit of of of USB USB USB controller controller controller and and and the the design of USB controller firmware program and USB driver.By means of USB bus and Upper Computer, the display and store of data can be achieved under the Labview control interface. The design of synchronous acquisition and real-time read give full play play to to to the the the advantages advantages advantages of of of FPGA FPGA FPGA and and and USB, USB, USB, improving improving improving the the the speed speed speed of of of acquisition acquisition acquisition and and transmission. KEYWORD: FPGA; USB2.0; Speed Acquisition ; Labview 目 录第一章 概述 (1)1.1项目背景及研究意义 (1)1.2国内外研究现状 (1)第二章 总体方案设计 (2)2.1硬件总体方案设计 (2)2.2软件总体方案设计 (2)2.2.1 FPGA 程序流程图 (2)2.2.2 USB 芯片程序流程图 (2)2.2.3 LABVIEW 程序流程图 (3)第三章 硬件设计 (4)3.1 3.1 硬件原理设计........................................................................硬件原理设计 (4)3.2 3.2 芯片的选择...........................................................................芯片的选择 (5)3.2.1 FPGA 的选择 (5)3.2.2 USB 芯片选择 (5)3.2.3 A/D 的选择 (5)3.3硬件电路设计 (6)3.3.1 USB 芯片外围电路设计 (6)3.3.2 CPLD 电路设计 (7)3.3.3 AD 电路设计 (7)第四章 软件设计 (8)4.1 FPGA 程序设计 (8)4.2 USB 固件程序设计 (10)4.3上位机程序设计 (12)第五章 系统调试 (14)第六章 设计总结……………………………………………………………………17 附 录………………………………………………………………………………… 附录Ⅰ附录Ⅰ附录Ⅰ Protel Protel 原理图…………………………………………………………… 附录Ⅱ附录Ⅱ附录Ⅱ FPGA FPGA 顶层图………………………………………………………………第一章 概 述1.1 项目背景及研究意义随着信息技术的飞速发展，随着信息技术的飞速发展，各种数据的实时采集和处理在现代工业控制和科学研究中已成为必不可少的部分，数据采集系统中主要关注的是精度和采样率的问题。
基于FPGA的高速数据采集存储系统的设计
基于FPGA的高速数据采集存储系统的设计
0 引言信息技术的发展，特别是各种数字处理器件处理速度的提高，实时处理大量的数据已经成为现实。
但是，在一些恶劣环境和数据无法进行实时
传输的情况下，还必须用到存储测试的方法。
存储测试是指在对被测对象无影
响或影响在允许的范围条件下，在被测体内置入微型存储测试系统，现场实时
完成信息快速采集与存储，事后对存储器进行回收，由计算机处理和再现被测
信息的一种动态测试技术。
针对具体的情况，我们研制开发了一种用蓄电池就
可工作的、能在各种恶劣环境下应用的、可回收的小体积低功耗的大容量数据
采集存储系统。
1 系统总体设计整个系统以FPGA 为核心控制器来组织工作，它控制着整个系统的读、写、擦除等操作。
系统主要解决的问题是采集、存储和数据事后
读取。
系统整体框图如下图1 所示。
1．1 数据采集由于要同时对多路信号进行采集，我们采取了FPGA 对模拟开关进行均等时间推进以实现通道的转换。
当转换到某一通道时，FPGA 同时
要启动A／D 进行模数转换。
为了达到高精度采集的目的，采用16 位的AD 转换器AD762l，模拟开关选用ADG706。
以下是AD 转换器的硬件电路连接图2。
1．2 AD 采集时序AD 采集时序图如下图3 所示。
AD 采集过程从／CNVST 信号下降沿开始，BUSY 信号下降沿完成，BYTE 信号控制数据类型，低电平
为低8 位数据，高电平为高8 位数据。
延迟0．9us 给出第一个WRFIFO 信号，WRFIF0 高电平有效，在此期间数据线上的数据为低8 位数据，经过1．8us 的。
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南 京 理 工 大 学
毕业设计论文
作 者: 王 娜 学 号： 0808190110
学院(系): 自动化学院
专 业: 电气工程及其自动化
题 目: 基于FPGA 的高速数据采集技术
指导者：
(姓 名) (专业技术职务)
评阅者：
(姓 名) (专业技术职务)
2012 年 6 月
樊卫华 副教授 讲师 赵高鹏
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，数据采集不断地向高速、智能化的方向发展。
本文针对此需求，实现了一种基于FPGA的高速数据采集系统。
该系统利用AD器件对信号进行模数转换，利用FPGA设计内部模块进行ADC的逻辑控制并实现数据缓存功能。
本文首先介绍了高速数据采集技术的国内外发展现状，确定了系统总体方案，完成了FPGA与A/D的芯片选型；利用Protel完成了硬件电路原理图的设计，并使用Quartus II完成了FPGA内部模块的设计，实现了时钟管理模块、数据采集控制模块和数据缓存模块。
最后在Red Cyclone开发板上完成了FPGA程序的下载测试，验证了程序的正确性。
关键词FPGA 高速数据采集A/D模数转换
Title FPGA Based High-speed Data Acquisition Technology
Abstract
Along with the development of computer technology by leaps and bounds and mobile communications technology has advanced in daily life, data acquisition develops to high speed, intelligent continually. According to the needs, this paper designed a high-speed data acquisition system based on FPGA. The system used AD device to realize A/D conversion, used FPGA to design internal modules of ADC logic control and realized circuit control data cache function.
This paper firstly introduced the development of high-speed data acquisition technology at home and abroad, determined the system overall program, completed the FPGA and AD chip selection, finished the design of the hardware circuit principle by using Protel, completed the design of FPGA internal module by using Quartus II, realized clock management module, data acquisition control module and data cache module. Finally finished the FPGA program download test on the Red Cyclone development board to verify the correctness of the program.
Keywords FPGA High-speed Data acquisition AD converter
目次
1 绪论 (1)
1.1 课题背景 (1)
1.2 高速数据采集的现状 (2)
1.3 课题研究任务及论文结构 (3)
2 系统总体设计方案 (4)
2.1 需求分析 (4)
2.2 系统实现方案 (4)
2.3 系统各模块芯片选型 (6)
2.4 本章小结 (8)
3 硬件电路设计 (9)
3.1 硬件电路设计工具介绍 (9)
3.2 硬件详细设计 (9)
3.3 本章小结 (14)
4 程序的设计与实现 (15)
4.1 FPGA设计与仿真工具 (15)
4.2 时钟管理模块的设计与实现 (18)
4.4 数据缓存模块的设计与实现 (25)
4.5 总体电路图 (27)
4.6 本章小结 (29)
5 FPGA下载测试 (30)
5.1 FPGA下载简介 (30)
5.2 测试结果与分析 (31)
5.3 本章小结 (36)
结论 (37)
致谢 (38)
参考文献 (39)
1绪论
1.1课题背景
在工业生产和科学技术研究的各行业中，常常需要对各种数据进行采集，如液位、温度、压力、频率等信息的采集。
在图像处理、瞬态信号检测、软件无线电等一些领域，更是要求高速度、高精度、高实时性的数据采集技术[1]。
数据采集系统的任务，就是将采集传感器输出的模拟信号进行处理并转换成计算机能识别的数字信号，由计算机进行相应的计算和处理来满足不同的需要，得出所需的数据。
数据采集系统性能的好坏，是由它的精度和速度来决定的。
在保证精度的前提下，应当用尽可能高的采样速度，这样才能满足实时采集、实时处理和实时控制对速度的要求[2]。
在传统的数据采集系统中，A/D 的控制和数据的转存均是通过CPU 或者MCU 来完成。
在这种方式下，将A/D 转换的结果读入，然后再转存到片外的存储器中这一过程至少需要4 个机器周期。
即使对于ARM 芯核的单片机（CPU 采用流水线结构一个机器周期占一个CLK），使用33MHz 的晶振，它的最高转存数据速度也只达到8Mbyte/s 。
在高速数据采集系统中，这种方式一方面占用太多CPU 资源，另外也远远不能满足高速采集的速度要求[3]。
在许多应用场合，如雷达、声纳、图像处理、语音识别、地质勘探、光时间域反射测量等，特别是在实时性要求比较高的情况下，往往都需要高速或超高速(Ultra High Speed)数据采集系统。
比如相较于供电传输线上高达几千伏的电压变化，浪涌电流的持续时间仅仅是数百纳秒，因此数据采集系统必须具有极高的通过速率才能准确的探测浪涌电流的变化过程；又如在航空航天领域中，无论是航天器颤振和抖振特性测试，还是运载火箭喷气流量动态测试，抑或高空拍摄图像传输等均要求使用高速采集技术来加以实现；此外，高速数据采集技术在等离子体诊断，生物光谱与激光化学等其它各类科学研究中同样有很广泛的应用[4]。
FPGA（现场可编程门阵列）凭借其在数据采集控制方面的高性能和便于系统集成、易扩展等优势逐渐受到广泛应用。
高性能的FPGA和高速的A/D应用于数据采集系统中，不仅可以大大提高系统的测量精度、数据采集处理速度、数据传输速度等[5]，还可以产生巨大的经济效益，因此，对其做进一步研究具有十分重要的现实意义。
1.2高速数据采集的现状
数据采集系统的控制芯片在不停发展和进步，从原来的单一的单片机发展到数字处理芯片DSP，嵌入式漆片等更高速、高性能的芯片。
在传统的数据采集系统中，我们通常采用单片机或DSP（数字信号处理器），控制ADC（模数转换器）、存储器以及其他一些外围电路的工作。
但这样的系统存在如下不足[6][7]：
1）单片机的时钟频率较低，需要软件支持来实现其功能，软件的运行时间在整个采样时间中占据很大的比例，效率很低，很难适应高速、高精度数据的采集系统的要求。
2）DSP可以通过软件编程来实现其功能，虽然运算速度快而且擅长处理密集的乘加运算，但是受到DSP本身的性能及程序指令顺序执行的限制，它很难完成对外围的复杂硬件进行逻辑控制。
这些不足远远满足不了高速数据采集技术的要求，而FPGA的出现则大大弥补了以上不足，FPGA有单片机和DSP无法比拟的优势。
FPGA的时钟频率很高，内部时延非常小；全部的控制逻辑都可由硬件完成，速度快，效率高，非常适于大数据量的高速传输控制；而且FPGA的组成形式灵活，可以集成外围控制、译码和接口等各种电路。
通过编程，用户可立刻把一个通用FPGA芯片配置成需要的硬件数字电路，其内部丰富的布线资源给修改、测试和系统升级提供了极大的方便。
目前主流的FPGA 内部一般都嵌有可配置的高速RAM，PLL，LVDS，LVTTL以及硬件乘法累加器等功能模块，可以很好的解决并行和速度问题。
FPGA的各种优势都决定了它在高速数据采集技术领域内的重要地位，开发更高性能的FPGA芯片结合更高速的AD成为目前高速数据采集研究的热点，未来高速数据采集系统的发展趋势为：
1)新型快速、高分辨率的数据转换部件不断涌现，大大提高了数据采集系统的性
能。
2)高性能单片机的问世和各种数字信号处理器的涌现，进一步推动了数据采集系
统的广泛应用。
3)智能化传感器(Smarts nor)的发展，必将对今后数据采集系统的发展产生深远的
影响。