基于FPGA的实时数据采集与远程传输系统设计

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一种基于FPGA的实时视频采集与远程传输系统

ｃｍｍｕｎｃｔｏｌｎｋ，ａｎｔｅｓｆｗａｅｃｒｐｏｅｓｒＭｉｒＢｌｚｔｍａａｅｔｍｏｕｅ．Ｔｈｅｔｓｆｗａｅｐｃｇａｅｏｉａｉｎｉｓｄｈｏｔｒｏｅｒｃｓｏｃｏａｅｏｎｇｈｅｄｌｓｎｈｅｏｔｒａｋａｅｓｒｐｒｇａｍｅｔｃｎｓｉｅｐｏｒｕｖｄｏｃｕｉｉｉｎｏａｄａｄｔａｂｍａａｅｖａｅｒｌｚｄｅｗｏｋｏｒｍｄｏｏｔｔａｕｔｗｅｌｉｅａｑｓｔｏｂｒ，ｎｉｃｎｅｆｎｇｄｉｃｎｔａｉｅｎｔｒ．
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该控制器支持ＤＩＤＰＶ和Ｆ两种接口方式，支持ＲＢ和Ｇ
显示在液晶显示器上；提高信道容量，程监控采用为远
千兆以太网的传输方式，过网卡芯片Ｍ８Ｅ１（０通８１１／１１
Ｂ。通过ＶＤ语言设计出严格的时序模块，ＨＬ其
参数可灵活配置，留有足够的信号建立时间裕量，并以保
ｕｅｔｅｉｅａｑｉｉｏｃｉＡＤ９８ｆｒｉｈｐｒｏｍａｃｖｄｏａｌｇａｄｂｉ — ｎｓｓｈｖｄｏｃｕｓｔｎｈｐｉ９０ｏｈｇ — ｅｒｎｅｉｅｓｍｐｉ，ｎａｕｌｉＴＥｆｎｔＭＡＣｏｔｌｒｏｓａｌｈｃｎｒｌｔｅｔｂｉｏｅｓ

基于FPGA的数据采集及传输系统的设计

Ｔｒｕｈｔｅｄｓｇｔｏｈｏｇｈｅｉｎｍｅｈｄ，ｉｃｎｒａｉｏｃｎｕｔｎａｄｈｇｐｅｎｄｔｃｕｓｔｎａｄｔｎｍｉｓｏｔａｅｌｅｌｗｏｓｍｐｉｎｉｈｓｅｄｏａａａｑｉｉｏｎｒｓｓｉｎ，ａｄｓｏｔｄｖｌｚｏｉａｎｈｒｅｅ・ｏｍｅｔｃｃｅａｄｌｗｃｓ．ｐｎｙｌｎｏｏｔ
效率高，于大数据量的高速传输控制＿。ＦＧ适】ＰＡ全』
部的控制逻辑是由延时更小的硬件来完成。由于
场修改与分析，而现场实现数字系统的单片设计和从
应用。其设计陛能已完全能够与ＡＩ美，且由ＳＣ媲而于ＦＧ的逐步普及，ＰＡ其性能价格比也足以与ＡＩＳＣ抗衡』。对于系统的外围结构（图１所示）主要如，
ＷＡＮｉｐｎＺｈ — ｉｇ
（ｉｕｏｅｅｏｕａｓｎＵｉｅｉ，ｕｎｚｏ１５０ｈｎ）ＸｎａｌｇｆｎＹｔｅｎｒｔＧａｇｈｕ５０２，ＣｉａｈＣｌＳ — ｖｓｙ
Ａｂｔａｔｎｔｅｃｒｅｔｓｆｃｉ，ｖｒｕｍｂｄｅｈｐｒｓｌｉｈｐｗｒｃｎｕｔｎｏｕｐｔｏｌｗ．Ｔｅｅｏｅｓｒｃ：Ｉｈｕｒｎｅｏｈｐａｏｓｅｅｄｄｃｉｓａｅｍｏｔｈｇｏｅｏｓｍｐｉｒｏｔｕｆｓｏｕｉｙｏｈｒｆｒ，

基于FPGA的ADC128S022数据采集系统

154本文设计了基于FPGA的8通道12bit分辨率的数据采集系统,利用FPGA控制ADC128S022芯片进行数据采集和模数转换,将采样到的数据与理论值对比,经分析验证,电压值在误差范围内。

该系统设计精简,可广泛应用于实时数据采集与转换。

0 引言数据采集系统是将模拟信号转换为数字信号,利用计算机对信号进行处理[1]。

ADC是数据采集中最重要的部分之一,高精度、高速度的ADC已广泛应用于导航、手持终端、无人驾驶等领域[2]。

现场可编程门阵列的出现,令系统设计拥有高灵活性;与传统单片机作比,FPGA具有数据处理能力强、开发设计周期短等优势。

本文设计了基于FPGA的数据采集系统,选用具有8通道,12位分辨率的ADC128S022芯片,转换速率可达200ksps,利用FPGA对ADC128S022进行控制,实现数据采集,不仅可以将数据存储在RAM中,也能将数据进行处理,最后在PC机显示。

1 ADC128S022数据采集系统的工作原理和时序分析1.1 ADC128S022型数据采集系统工作原理ADC128S022中V A /4096是1bit的电压值,当模拟输入电压小于它1bit所含电压值时,输出数据是0000_0000_0000b,当输入电压比模拟电源V A 减去1bit所含电压值的1.5倍大或相等时,输出数据是1111_1111_1111b。

本设计电源采用独立的模拟供电及数字供电,数值为3.3V,模拟电源和数字电源间用串联磁珠来稳压和滤波[3]。

数据采集系统设计框图如图1所示。

模拟信号输入后,电源模块为各部分供电,在采样时钟下,FPGA对ADC128S022进行控制实现数据采集,通过四线制SPI总线与处理器进行通信[4]。

FPGA对数据进行处理后,根据需求将部分数据存储到RAM中,数据也可在PC端显示。

1.2 ADC128S022型接口时序分析按串行外设接口的时序逻辑来构造控制电路。

设备工作频率是0.8～3.2MHz,将1.92MHz(周期为520ns)设置为工作频率。

基于FPGA的实时数据采集系统设计

ｒｅａｌｉｚｅｄｉｎａＶｅｒｉｌｏｇＨｒｄａｗｒｅａＤｅｓｃｉｒｐｔｉｏｎＬｎｇａｕａｇｅ（ＶＨＤＬ）ｉｆｌｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｉｎｔｈｅｓｏｆｔｃｏｒｅｐｌａｔｆｏｒｍａｓａｍｏｄｕｌｅ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎａｌｔ
Ⅺ ＡＸｉａｎｇ－ｌｏｎｇ，ＣＨＥＮＪｉｎ－ｐｉｎｇ，ＨＵＣｈｕｎ — ｇｕａｎｇ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭｅａｓｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７２，Ｃｈｉｎａ）
谱仪的电子控制部分，提出基于现场可编程门阵列（ＦＰＧＡ）的实时控制与数据采集系统设计方案。采用硬件描述语言和ＮｉｏｓＩＩ软核
处理器系统相结合的设计方式，实现ＦＰＧＡ与计算机、探测器的高速ＵＳＢ通信，与角度编码器的同步串行通信，以及探测器和角度编码器之间的精确同步控制等功能，完成角度数据和光谱数据的实时采集。实验结果表明，该系统的同步控制和数据采集性能
中田分类号ｔＴＰ３１６
基于ＦＰＧＡ的实时数据采集系统设计

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的全景图像采集与远程传输系统

ｔａ，ａｎｄｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｃｈｉｐ８８Ｅ１１１１ｔｒａｎｓｍｉｔｓｔｈｅｖｉｄｅｏｄａｔａｔｏＮｅｔｗｏｒｋｓｅｒｖｅｒ．ＴｗｏｍｏｄｕｌｅｓａｒｅｗｉｒｔｔｅｎｉｎＱｕａｒｔｕｓＩＩ
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ｕ十爿寺二ｕ峦席删
ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉ．＆Ｔｅｃｈ．／Ｊｕｌｙ．１５．２０１３
基于ＦＰＧＡ的全景图像采集与远程传输系统
张忠民，牛功喜
（哈尔滨工程大学信息与通信工程学院，黑龙江哈尔滨摘１５０００１）要结合国内外视频采集传输的技术特点，介绍了一种基于ＦＰＧＡ的全景图像高速采集与网络传输系统的实
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）
ＡｂｓｔｒａｃｔＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｖｉｄｅｏｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎａｎｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏ — ｄｕｃｅｓａｓｙｓｔｅｍｏｆｈｉｇｈ — ｓｐｅｅｄｐａｎｏｒａｍｉｃｉｍａｇｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄｎｅｔｗｏｒｋｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ．ＴｈｅｐａｎｏｒａｍｉｃｉｍａｇｅｐｌａｔｆｏｒｍｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｔｈｅｃｕｒｖｅｄｍｉｒｒｏｒａｎｄｔｈｅＣＳＣ１２Ｍ２５ＢＭＰ１９ＣＣＤＣａｍｅｒａ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃｏｌｌｅｃｔｓｓｅｒｉａｌ — ｐａｒａｌｌｅｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｉｍａｇｅｄａｔａｃｏｎｖｅｒｔｅｄｂｙＤＳ９０ＣＲ２８８ＡｃｈｉｐｂａｓｅｄｏｎＣａｍｅｒａＬｉｎｋｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ａｎｄＭＤＲ２６ｉｓｕｓｅｄａｓｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｏｒ．ＦＰＧＡｃｈｉｐａｓｔｈｅｃｏｒｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｄｏｍｉｎａｔｅｓｔｈｅｒｅｃｅｐｔｉｏｎ，ｃａｃｈｉｎｇａｎｄＩｎｔｅｒｎｅｔｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｏｆｈｉｇｈｓｐｅｅｄｖｉｄｅｏｄａ —

基于FPGA的实时数据采集与处理系统

中国新技术新产品
一３３—
［吴德鸣，３］陆达．通信中基于ＦＧ高速ＰＡ的ＰＩＣ总线接１研究与设计，３＇计算机应用。２０．．０５７『４］周俊容．高速数据采集系统，电子工程师
２０．．ｏ５５
ｋ＿ａ３：一魁ｄｄｔ１）（Ｏ
关键词：ＰＦＧＡ；Ｃ；ＰＩ实时数据采集处理
１引言
伴随着科技的发展和数据采集系统的应用，对数据采集与信号采集系统的各项指标提出了越来越多的要求，它广泛应用于雷达、通信、遥测遥感等领域。传统方法通常采用单片机或者ＤＰ为核心芯片，Ｓ作由于单片机的时钟频率相对较低，运行软件的时间占采用时间很大的比例，很难适应高速采集暴统的要求。ＤＰＳ运行速度虽然快，但是不能够完成外围的硬件逻辑控制。ＦＧＰＡ时钟频率相对比较高，延时小，ＰＡ采用Ｉ内核技术，可以集成外ＦＧＰ围控制和接口电路。系统主要应用于基于激该发荧光和激光多普勒技术的浮游植物粒径分布现场在线监测系统中的数据采集部分，有具较强信号处理能力和较大数据吞吐量，在信号捕获，测量，分析系统中具有广泛实用性。２系统硬件结构
ｐｌｋｄｔｒａＪａ￣ｅａｄ
参考文献
Ｐｌ８嘴一ｓｌ～ｔｄｅ』ｓｌＬｙ柳ｊｐＬｒｓｓＵ臻鹂ｙ１＿一
ｄＪｔ— ａｅｌｐ／ｅｓｌ１ｃｄｖｅ一＿一ｉｍｊｊＰ』蜒颤ｐｉｓｐ１ｇｔ一ｏｐ￣ｄ— — ｄｙｉ—

基于FPGA的数据采集系统研究的开题报告

基于FPGA的数据采集系统研究的开题报告一、研究背景FPGA（可编程逻辑门阵列）已经成为当今数字电路设计中的重要工具之一。

它具有高速、低功耗、可重构等优势，已广泛应用于各种领域中，例如通信、图像处理、数字信号处理等。

随着数据采集系统在各个领域的广泛应用，越来越多的需要用FPGA来实现数据采集系统，以满足高速、大容量、高精度等要求。

二、研究目的本课题旨在设计并实现一个基于FPGA的数据采集系统，实现数据的实时采集、存储和传输。

通过本课题的研究，可以进一步了解FPGA在数据采集系统中的应用，以及在FPGA设计中的技术难点和解决方案，以此改进现有的数据采集系统，提高系统的性能和可靠性。

三、研究内容和方法本课题将从以下几个方面进行研究：1.数据采集系统的设计与实现：根据数据采集系统的功能要求，设计系统的硬件部分以及软件部分，完成系统的实时采集、存储和传输功能；2.FPGA设计技术的研究与应用：深入研究FPGA的设计原理和技术，在FPGA设计中充分利用其可重构的特性和并行计算的能力，提高系统的效率和性能；3.系统调试和测试：对系统实现的正确性和可靠性进行测试，并不断优化和改进系统设计。

四、研究难点1.硬件设计与软件设计的衔接问题：硬件与软件的设计需要有良好的衔接，否则会影响系统的后期使用效果；2.FPGA并行计算的实现难度：FPGA并行计算的实现需要进行动态的资源分配，避免资源浪费和冗余，同时要保证逻辑的正确性；3.系统调试和测试的难度：针对FPGA的系统，其调试和测试难度较大，需要有专业知识和技能的人员指导。

五、预期成果和意义本课题预期将设计并实现一套基于FPGA的数据采集系统，实现数据的实时采集、存储和传输等功能，同时还可以学习和掌握FPGA设计技术，提高软硬件设计的水平和实际操作能力。

此外，通过本课题的研究，还可以提高数据采集系统的性能和可靠性，为空间数据采集等领域提供更好的数据服务支持。

基于FPGA的数据采集系统设计与实现

了异步传输中跨时钟域造成的亚稳态问题［５１。在本数据采集系统的设计中采用异步ＦＦＩＯ的方式来解
图２数据采集系统数据流程
决跨时钟域的数据传输问题。因为本数据采集系统是针对ＡＣ芯片的测试所用的，Ｄ因此数据采集接口的数据率不是固定的１０Ｈｘ４ｉ而ＤＲ控制５Ｍｚ５ｂ，Ｄ２ｔ器的用户接口和ＧＥ控制器接口数据率是固定的，分别为１０Ｈｘ１ｂ和１５ｚ２ｉ５Ｍｚｌ２ｉｔ２ＭＨｘｂ，所以选用３ｔ异步ＦＦＩＯ可以使系统更加灵活。
基于ＦＧＡ的数据采集系统设计与实现Ｐ
张泽军，平分林
（北京工业大学嵌入式系统重点实验室，北京，１４１０２）０
摘要：设计并实现了一种基于ＦＧＰＡ的高速数据采集系统，端系统用于采集目标ＡＣ芯片的数字输出，后Ｄ将采集后的数据传输至ＰＣ机再进行分析。数据采集系统采用ＤＲＤＡ储、兆以太网（ｉａｉＤ２ＳＲＭ存千Ｇｇｂｔ
数据传输及控制。同时，模块还负责ＧＩＦＥ控制器、
图１数据采集系统框图
ＤＲＤ２控制器的用户总线及外部数据采集接口之间
ｈ¨ ｎ．ｈｎｎＡ、，ｍａ，，ｎ／ｓＡｉ，；、１、
Ｌ一设 — 计
巾国集成电路
ＣｈｉｎａｎｔＩｅｇｒｅｄｉｃｕｉａｔＣｒｔ
块，其功能相当于一个ＤＭＡ（ｉｃＭｍｒＤｒｔｅｏｙｅ

基于FPGA的ADC采集系统的设计_毕业设计论文

基于FPGA的ADC采集系统的设计摘要基于FPGA在高速数据采集方面有单片机和DSP无法比拟的优势，FPGA具有时钟频率高，内部延时小，全部控制逻辑由硬件完成，速度快，效率高，组成形式灵活等特点。

因此，本文研究并开发了一个基于FPGA的数据采集系统。

FPGA的IO口可以自由定义，没有固定总线限制更加灵活变通。

本文中所提出的数据采集系统设计方案，就是利用FPGA作为整个数据采集系统的核心来对系统时序和各逻辑模块进行控制。

依靠FPGA强大的功能基础，以FPGA作为桥梁合理的连接了ADC、显示器件以及其他外围电路，最终实现了课题的要求，达到了数据采集的目的。

关键词FPGA A/D转换AbstractFPGA is better than microcontroller and DSP in high speed data acquisition, FPGA has higher internal clock frequency, smaller delay than DSP,and all the control logic of FPGA is completed by hardware, FPGA has fast speed, high efficiency, and so on. Therefore, this paper introduces and develops a data acquisition system which is based on FPGA.The I/O pin of FPGA can be defined yourself without fixed limit,it’s very flexible. This design of data acquisition system use FPGA as the data acquisition system core to control the timing and the logic control module. Relying on the powerful function of FPGA, FPGA can connect ADC, display devices and other peripheral circuits, finally we can achieve the requirements of the subject, and the purpose of the data collection。

基于FPGA的数据采集与处理技术的研究

基于FPGA的数据采集与处理技术的研究一、本文概述随着信息技术的快速发展，数据采集与处理技术已经成为现代社会中不可或缺的一环。

在众多的实现方式中，基于FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）的数据采集与处理技术凭借其高性能、高并行度、低功耗等优点，受到了广泛关注。

本文旨在对基于FPGA的数据采集与处理技术进行深入研究，探讨其基本原理、实现方法以及应用前景。

本文首先介绍了FPGA的基本概念和特点，阐述了基于FPGA的数据采集与处理的基本原理和优势。

接着，文章详细分析了FPGA在数据采集与处理中的关键技术，包括ADC（模数转换器）接口设计、数据处理算法优化、高速数据传输等。

在此基础上，文章还探讨了FPGA在不同应用场景下的数据采集与处理实现方法，如工业控制、信号处理、医疗诊断等。

本文还关注FPGA技术的发展趋势和未来挑战，如新型FPGA架构、可编程逻辑与硬件加速的融合、以及面向等复杂应用的优化等。

文章总结了基于FPGA的数据采集与处理技术的当前研究现状，并对未来的发展方向和应用前景进行了展望。

通过本文的研究，期望能够为读者提供一个全面、深入的了解基于FPGA的数据采集与处理技术的窗口，为推动该领域的发展提供有益参考。

二、FPGA技术基础现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）是一种灵活的半导体设备，它允许用户在生产后进行配置以执行特定的逻辑功能。

与传统的ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）不同，FPGA不需要复杂的定制设计流程，而是通过编程方式实现硬件设计。

这使得FPGA成为快速原型设计、系统验证以及灵活的数字系统设计的理想选择。

FPGA的基本结构由三种主要元素构成：可编程逻辑块（Programmable Logic Blocks, PLBs）、可编程输入/输出块（ProgrammableInput/Output Blocks, PIOBs）以及可编程内部连线（Programmable Interconnects, PIs）。

基于fpga毕业设计

基于fpga毕业设计
基于FPGA（现场可编程门阵列）的毕业设计是一种通过使用FPGA芯片来实现特定功能的项目。

在毕业设计中，FPGA可
以用于开发和运行各种硬件电路和数字信号处理算法。

以下是一些可能的基于FPGA的毕业设计主题：
1. 数字信号处理器：使用FPGA开发一个高性能的数字信号
处理器，用于实现音频、图像或视频处理算法。

2. 高性能数据采集系统：设计和实现一个基于FPGA的高性
能数据采集系统，用于实时采集和处理大量传感器数据。

3. 实时图像处理算法：使用FPGA开发实时图像处理算法，
比如边缘检测、目标跟踪或图像增强。

4. 数字通信系统：设计和实现一个基于FPGA的数字通信系统，用于实时传输和处理数字信号。

5. 深度学习加速器：开发一个专用的深度学习加速器，利用FPGA的并行计算能力实现快速的神经网络推理。

6. 嵌入式系统设计：使用FPGA设计和实现一个嵌入式系统，可用于控制和监控特定的硬件设备或系统。

7. 高级计算机视觉系统：设计和实现一个高级计算机视觉系统，用于实时检测和识别复杂的视觉模式。

这些只是一些可能的毕业设计主题，实际的项目选择应根据个人兴趣、技术能力和导师建议进行。

在选定主题后，需要进行详细的设计和实现，在毕业设计中充分利用FPGA的可编程功能和高性能计算能力。

基于FPGA的高速实时数据采集存储系统设计

澳。４
关键词：据采集；ＰＡ；ＬＳ存储器；时监测数ＦＧＦＡＨ实
中图分类号：Ｎ１Ｔ９
文献标识码：Ａ
文章编号：０２—１４（０１００６Ｏ１０８１２１）８— ｏ４一３
Ｈｉｈ・ｐｅｄａａ－ｉｅＤａａＡｃｕｓｔｏｎｇ－ｅｎｄＲｅｌｔｍｔｑｉｉｉｎａｄｓ
２１正０１
仪表技术与传感器
ＩｓｒｍｅｔＴｃｎｑｅａｄＳｎｏｎｔｕｎｅｈｉｕｎｅｓｒ
２０１１
第ＦＧ的高速实时数据采集存储系统设计ＰＡ
何亓张会新刘波熊继军，，，
０引言
数据形式记录其工作状态。存储器与地面测试台、计算机配合
完成数据存储过程中的联机实时监测与数据记录、分析等工作。总体框图如图１所示。
ＳｏａｅＳｓｅＢａｅｎＦＰｔｒｇｙｔｍｓｄｏＧＡ
Ｈｉ，ＨＮｕ－ｉＬＵＢＸＯＧＪ－ｎＥＱＺＡＧＨｉｎ，Ｉｏ，ＩＮｉｕｘｊ（．ｅａｏａｏｙｏｓｕｎａｉｎＳｉｃ１ＫｙＬｂｒｔｒｆＩｔｍｅｔｔｃｎｅ＆ＤｎｍｉＭｅｓｒｍｅｔＮｒｈＵｉｅｓｙｏｈｎ）ｎｒｏｅｙａｃａｕｅｎ（ｏｔｎｖｒｉｆｉａ，ｔＣ
Ｍｉｓｒｕａｏｈｒｄ，ｉｕｎ００５Ｃｈｎ２ＳｉｎｅａｄＴｅｈｏｏｙｏｅｔｏｉｅｔ＆ｉｙｆｎｔｏＥｄｃｔｎｏＳａｉｆｅＴａｙａ３０１，ｉａ；．ｃｅｃｎｃｎｌｇｎＥｌｃｒｎｃＴｓ

基于FPGA的高速实时数据采集处理系统

ＧＮＤ
Ａ３Ｓｌ￥６一１
触发数据的转换和获取，而数据转换时间由采样时钟控制，一
次转换完成需要１采样周期，６个在前４个时钟周期内数据输
出线上为４个０接着是转换的１，２位数据，上升沿到来时转
图２ＡＤＧ０５６的电路原理图
ａｑｉｉｏｙｔｍｉｈｃｍｐｓｄｏｅＦＧＡａｄａｓｃａｅｅｐｅａｉｃｉａａｓｔｎｌｇｓｎｌｉｈｓｅｄｒａｉｇｃｕｓｔｎｓｓｉｅｗｈｃｏｏｅｆｔＰｎｓｏｉｔｄｐｒｈｒｌｃｒｕｔｃｎｔｎｍｉａａｏｉａｓｔｈｇｐｅｅｄｎｈｉｓｒｇｏ
２１信号的调理及模数转换电路设计．信号的调理部分包括一阶滤波和运放跟随。运放跟随通过０４７Ｐ１７实现，Ｐ１７是工业标准Ｏ００４７Ｐ７系列运放的第四代
产品，内集成了４片运算放大器，有低输入偏置电流、输片具低
ＦＧＰＡ及其外围电路，ＰＡ作为主控单元，ＦＧ负责对模拟开关和
０４７Ｐ１７可采用士．２５一±１５Ｖ双电源供电，．２５Ｖ的低供电电压使其由电池供电即可正常稳定地工作，为其应用于便携式数据采集提供了可能。电路连接构成电压跟随器，引进了负反馈，稳定了输入信号，并且提高了运放带负载的驱动能力。
出失调电压、低温漂、低噪声、高精度等特点，些性能使其在这

基于FPGA的数据采集系统的研究与实现

【中图分类号】Ｐ０１【献标识码】【章编号】００３８（０７０－０９０Ｔ２６．文Ａ文１０．８６２０）２０４－４
１引言
现场可编程门阵列（ＰＡＦｅｒｇａｍｂｅａｅｒｙ是超大ＦＧ，ｉｄＰｒｍｌＧｔＡｒ）ｌｏａ规模集成电路（ＬＩ技术和计算机辅助设计（Ａ）ＶＳ）ＣＤ技术发展的结
Ｑａｕｌ支持Ｖｒｏ和ＶＤｕｒｓｔ１ｅｉｇｌＨＬ硬件描述语言。种语言都是这两
ＤＩ～ＭＡｓ
Ｌ崮ｌ，来自Ｉ釜Ｊａ～… ＩＤＩＯｕＪｎａｓｎＭｕＤｐＡ．ｍｕ．ｔ．ｔＰｔ
ＴＴＴＩ
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北京工业大学电子信息与控制工程学院（京１０２）冯涛北００２
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（ｅｉｎｅｉ，ｅｉｇ１０２，ｈｎ）ＦｎａＱｎｕＢｉｎＵｉｒｔＢｉｎ００２ＣｉｊｇｖｓｙｊａｅｇｏｉＨｉＴｇ
ｔａｓｓｉｎｏａａａｅｅｐｕｄｅＴｅｐｒｏｍａｃｅｏｈｅｓｓｅｉｔａｙａｄｆｓ，ｈｔｔｅｓｈｍｅｉｅｓｂｅａｄｅｆｃｉｅｉｏｖｄｒｎｍｉｓｏｆｄｔｒｘｏｎｄ．ｈｅｒｎｆｔｙｔｍｓｓｅｄｎａｔｔａｈｃｅｓｆａｉｌｎｆｅｔｖｓｐｒｅ．ｆＫｅｗｏｒｓＦＰＧＡＶｅｉｇＣｙｌｎｐｐｅｉｅｙｄ：ｒｌｏｃｏｅｉｌｎ

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具有自适应功能的数据采集系统设计

２３程控放大电路的组成。
ＬＣ９０１Ｔ６１－是一种电压增益数字可编程的小外形宽
带反相ＤＣ放大器。ＦＧ通过在Ｇ（２１和ＧＰＡＧ、ＧＯ）脚
ＦＰＧ
！￣］
上的３位数字输入来控制８种电压增益选择（、１、５０、２、
一
应２于被分析的信号的最高频率Ｃ即：２；倍， ≥ 否则可
能出现因采样频率不够高，模拟信号中的高频信号折叠到低频段，出现虚假频率成分的现象。我们没计低通滤波器的采样频率为２ｋｚ５Ｈ。
路送入ＡＤ转换器中，一路送进电压比较器，电压比较／
主要由前置放大器、馈型抗混叠低通滤波器、控放大器、反程
电压比较电路和ＡＤ转换电路构成。数据采集处理模／块主要有ＦＧＰＡ芯片ＣｏＰＣ０ｙ￣ｃ２２、数据存储和传输模块Ｅ构成，完成对模拟输入信号的采样、过采样处理、信号振
ｖｃｃ
髂
ｉ４９ｆ５ｃ
Ｌ
图５ＡＤ数据采样及频谮分析／
４结语
图３ＡＤ样电路，采
（）１所设计的系统能根据被测信号的振幅自动调节放大器的增益，从而自适应地完成对不同幅值振动信号的测量和处理，降低了数据采集过程中程控放大器增益的频率，
（）系统的创新点是利用了ＭＡＴＡ２本ＬＢ与ＦＧＰＡ共同
读结果程序读出，卅而不需要其他硬件支持，因而可以节约硬件资源，同时也可以简化电路的拓展。

基于FPGA的图像采集与远程传输系统设计

面的考虑，国内某大型油气田为应用背景，出以提
一
图１硬件系统框图
Ｆｉ．Ｃｏｆｕａｉｎｏａｄｒｙｔｍｇ１ｎｉｒｔｆｈｒｗａｅｓｓｅｇｏ
系统将ＣＤ摄像头所拍摄的图像信息Ｉ，Ｃ３在］
第２卷第６期８２００８年１月２
西
安
工
业
大
学
学
报
Ｖｏ＿８ＮＯ６Ｉ２．
Ｄｅ．２８ｃ００
ＪｕｎｌｆＸｉａｃｎｌｇｃｌＵｎｖｒｉｙｏｒａｏ ’ ｎＴｅｈｏｏｉａｉｅｓｔ
文章编号：１７ —９５２０）６５７０６３９６（０８０ —７ —４
１所示．
图像视频信号数据量大，号较为复杂，统信传
５系列等单片机无法满足信号实时采集和实时处１
理的要求．外，此有些信号采集现场地处边远山区或沙漠腹地等恶劣环境中，量多且分布范围有几数
摘要：将油气田井口图像实时地传输到油气田基地，实现基地对现场多个分散目标的实时
监控是现代化生产管理的重要手段．绍了一种基于Ｃｃｏｅ系列Ｅ１１介ｙｌｎＰＣ２的ＦＧＡ图像采Ｐ
集与远程传输系统，阐述了系统的硬件组成、工作原理，并详细描述了图像解码单元、图像压缩处理单元、图像编码单元和图像输出单元等的结构和算法设计．实验证明系统性能稳定，完全

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) 2 n o p q q r q s 1t u q vw u > q ?n o > x ? o xw ? yz r x o u { > o w r z ? | > ? x x { > ? | 2} 2 " # # # 3 ’ 24 , } x > ~ > ? |!? > " x { # > u $q s 1x { q ? w t u > o #% 1# u { q ? w t u > o # x > ~ > ? | p > ? w
按照操作模式将有关选择信号固 " # $ % 的控制6 定6 这样 " 6 # $ %只需控制 ) ( N ( ’6 ’ U * ;8 ’ U d 由于转化后的串行 7 8 %’ % 和’ U N * 8 等 4组信号 ! 数据流的速率是输入并行数据的 1 因此 " F倍 6 # $ % 控制并行数据输入的速率为 1 此外 6 由于系 1;‘e ! 统时钟频率较高6 # * D设计时需要仔细考虑各种
图 1 数据采集系统总体结构
每次数据采集过程中 6 " # $ % 对外部采样同步信号进行分频和整形 6 送到各块信号转换板触发其进行 %7 的 :;< 7 8 采样和按 * %9 地址顺次输出 1 = 串行数据流 !" # $ % 接收数据和其他外部信号量 6 进行串并转换 > 数学处理 > 前向纠错 ? 编码后 6 @ " ( * 再控制 * C : 5 C芯片进行 4 7 E AB * D D编码和并串转化后 6 通过光纤传送到远端的接收方 ! 每块信号转换板有 1 每个通道在一次采样中提供 2 2 5个通道 6 F 并不的数据 ! 这样 6 虽然数据流的速度 1 :;< 7 < G H = 是很高 6 当使用 1 F块信号转换板时每次采集的数据量也只有 2 但如果按系统要求依次对 E: F F< 6 G H 数据进行各项处理则需要大概 1: 当系统要 F FI 6 = 求以最小采样周期 B 5 FI ? 1=扫描 12 5 F个采样 = 点@ 进行连续采集时 6 如何保证数据的实时性和准确性就成为系统设计的难点和关键 !
万方数据
第 3期
崔俊杰 6 等l 基于 " # $ % 的实时数据采集与远程传输系统设计
3 : B
的采样和信号处理模式 !" # $ % 为 %& ’ ( ) % 公司系列中的 ( 主要负责数据 1 1 2 3 2 4 5 6 * + , . / 0 # * " * 的采集与处理 !
背板上的终端匹配电阻为 4 数据信号的连接为 FW ! 菊花链形式 6 属于点对点的 & 因而分别 M8 N连接 6 采用 8 C F 3 1 C F 3 2 N & MF %和8 N & MF % 作为驱动器和接收器 !& M8 N线路在 # * D设计时注意了器件紧邻接口 > 差分信号线基本等长等要求6 并采用了外带磁环的双绞线作为传输媒质6 取得了很好的效果!
3 P 到越来越广泛的运用 O !
f g h i j 实时数据处理流水线的实现
! " # $ % 中数据采集和处理的控制结构见图 2 表 1按照数据处理的顺序给出了相关主要模块的功能 > 主频及其一次数据处理的时间6 其中时间参数的误差在 k1I 之内 ! 从表 1中可以看出 6 = 顺次完成一次数据处理的整个流程需要约 1: F F 要满足以最小采样周期连续采集时数据 6 B 5 FI I = = 的实时性和准确性 6 同时避免大量的数据缓存6 必须采用流水线作业的方式 ! 流水线设计的关键在于整个设计时序的合理安排和前后级接口间数据流速的匹配 6 这对于多处模块接口存在时钟异步的本系统而言 6 显得尤为重要 !
第* 卷第 ’ 期 # * # # +年 &月
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4 q t { ? w r q s 5 w u w1o ’ t > # > u > q ?% / { q o x # # > ? |
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文章编) * # # + , # ’ % # ’ % # +
3 数据采集系统的总体设计
系统采用 4 如图 "所 / !9. / 0 1 的整体结构 2 示6 4 / ! 选用的 15 8z = 公司基于 17 8(核的主要负责系统管理 " + 3 # #工业级处理器 2 15& 8+ 和解析上位机的指令来配置信号转换板和 . / 0 1
J K J XY Z [ \ ] ^
数据采集系统与远端接收方之间的距离约 2 E 传输速度要求为 1 左右 6 每次传输数据 1 F;< 7 _6 = 量为 1E 3 :个字节 !考虑到系统对数据的精度和完整性的严格要求 6 两者之间采用了 ‘a’ & G / b的连接方式 6 传输媒质为光纤 !‘a’ 公 & G / b是 * + S R 0 = = 司的高速长距离点对点串行通信产品系列 6 传输速率可达到 1E F F;< 7 !‘a’ = G / b产品在发送端将数据进行编码和并串转换 6 接收端进行解码和串并转换 ! 发送端在无有效数据时自动发送空数据 6 接收端能自动恢复时钟 6 传输的理论误码率为零 ! 本系统选用了 * 公司的 * C : 5 C作为 + S R 0 = = AB * 采用 ) ‘a’ & G / b 发送器6 ( " * & c控制的同步模式6 使能内部 " 4 7 E V " a 和 5< G H D D编码 !为了简化
基于 . / 0 1 的实时数据采集与远程传输系统设计
崔俊杰 2郭宏
北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院 2 北京 2 ) " # # # 3 ’ , 摘要 ! 针对 4 提出了一种基于可编程逻辑门阵 5 机扫描过程中对数据采集的快速性和传输的精确性的严格要求 2 列) 技术的实时数据采集与远程传输的设计方案 6 该方案采用了 17 利用 . . / 0 1, 89. / 0 1 的体系结构2 / 0 1 实现了数据采集 : 缓冲 : 格式转换 : 前向纠错编码和 ;<5 并在数 = > ? @传输控制等实时信号处理的线性流水阵列 2 据链路的物理接口和远程传输的精确度保障等方面提出了可靠的解决方法 6 同时 2 给出了一种利用 . / 0 1进行高速高精度模拟量采集的方法 6 该方案成功地应用到通用电气公司某型号 4 5 机中 6 关键词 ! 数据采集 A 可编程逻辑门阵列 A 纠错 A 远程传输中图分类号 ! " & C ’ 5 B& 文献标识码 ! 1
4 P 电磁干扰的影响 O !
J 数据传输的物理接口
J K L 低电压差分信号
" # $ % 与信号转换板之间的采样信号和数据信号均采用了低电压差分信号? 的物理接 @ & M8 N 口 !& 低电压摆幅的差分 M8 N是一种电流源驱动 > 信号技术6 与) 4 2 2 7 4 5 E 6 7 N ( * & # ( * &等方式相比较6 它具有极低的功耗和噪声 > 高达 : 的传 E E;< 7 = 输速率> 低廉的成本和终端适配简单的优势6 正得
收稿日期 ! 修订日期 ! * # # $ % " # % * $ A * # # + % # " % " ’
了最高 " 的处理能力 A 文. 通过寻找各个 #8} 2 * / # 模块数据处理时间的最优分配点来提高系统整体的数据吞吐量 6 本文则注重灵活利用多种简单 : 有效的数据同步接口技术 2 在多时钟系统中成功实现了数据采集 : 实时处理和传输控制的流水线作业 6
!5 S & F R X M T R qw o p > x " xu p x# u { > o u { x ’ t > { x vx ? u # s q { { w ( > y ? x # # q s u p xy w u ww o ’ t > # > u > q ?w ? yu p x( { x o > % 2 % # > q ?q s y w u wu { w ? # v> # # > q ?y t { > ? |u p x# o w ? ? > ? |q s 4 5 vw o p > ? x # wy x # > | ?w ( ( { q w o ps q {u p x{ x w r * ’ t > # > u > q ?w ? y{ x vq u xu { w ? # v> # # > q ?# $ # u x v) w # x yq ?. / 0 1u x o p ? q r q | $> #( { x # x ? u x y u > vxy w u ww o % 5 p xw ( ( { q w o pw y q ( u #w ?q " x { w r r # u { t o u t { xq s 17 89. / 0 1w ? y{ x w r > + x #w{ x w r u > vx# > | ? w r ( { q % 2# 2s 2. o x # # > ? |w # # x v) r $r > ? xq sy w u ww o ’ t > # > u > q ? u q { w | x q { vw uo q ? " x { # > q ? z 4 o q y > ? |w ? y *1? ;<5 = > ? @u { w ? # v> # # > q ? y# q vxx s s x o u > " xvx u p q y #w { x| > " x yu qx ? # t { xu p x{ x r > w ) > r > u $q s u p x *1 p % % ( p $ # > o w r > ? u x { s w o x #w ? yu p x( { x o > # > q ?q s u p x{ x vq u xy w u wu { w ? # v> # # > q ? > | p # ( x x yw ? yp > | p *5 ( { x o > # > q ?vx u p q yu qw o ’ t > { xw ? w r q |# > | ? w r #> #w r # q( { q ( q # x y p xw ( ( { q w o p> #w ( ( r > x y> ?u p x4 5 * # o w ? ? x { ( { q y t o x y) $0 z4 q { ( q { w u > q ? !y A. A{ ZJ X W F w u ww o ’ t > # > u > q ? / 0 1Ax { { q { o q { { x o u > q ? x vq u xu { w ? # v> # # > q ? ,E 高速数据的采集与处理是工业控制和测量系统的重要组成部分 2 近年来 2 与. / 0 1 技术的结合逐渐成为其发展的一个新方向 6 与采用分离元件搭建电路的传统模式相比 2 基于 . / 0 1 技术的新型数据采集系统在处理速度 : 成本 : 可靠性 : 开发周期和扩展能力等方面具有明显的优势 6 在对实时性要求较为严格的数据采集系统中 2 运用 . / 0 1 技术的关键之一在于如何合理地控制与协调数据流在各个处理模块之间的传输 2 来实现所要求的数据吞吐能力 6 文 . 采用了对数据流先 " / 分割再合并的 0 以面积换取速度 1 的设计思路 2 实现