基于FPGA的多通道数据采集卡开发
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Ｂａ ｅ ｎ ＦＰＧＡ ，ｈ ａｄ ｃ ｎ ｍ ａ ａ ｅｔ ｃ ｉｖｅｒ ａ—ｉ ｅｄ ｔ ｃ ｕ ｓｔｏ ｎ ｔ ｌｆｌｅ ｉｇ ａ ｄ ｃ ｍｕ ｃ ｔｏ ｓｄｏ ｔ ｅｃ ａ ｎ ｇ ｏ ａ ｈｅ ｅ ｌｔｍ ａ ａａ ｑ ｉｉｉｎ ａ ｄ ｄｉｉａ ｔ ｒｎ ｎ ｏ ｎｉａ ｉｎ ｒ ｇ ｉ ｗｉｈ ＣＮ Ｃ ｙｓ ｅ ｔ ｒ ｕｇ ＰＣ１ ４ ｔ ｓ ｔｍ ｈ ｏ ｈ ０ Ｂｕ ，ｗｈｉｈ ｃ ｎ ｂｅ ｐｐｌ ａ ｌ ｏ ｔ ｃｏ ｅ －ｏ ｐ ｏ ｒ ｙｓｅ ｏ ｈ ｓ ｃ ａ ａ ｉ ｂ ｅ ｔ ｈｅ ｌ ｓ ｄ ｌｏ ｃ ｎｔｏｌｓ ｔ ｍ ｆ ｔ ｅ ｃ ｍｕｌ －ｈａ ｎ ｌａ ｌ ａ ｕ ｉ ｇ ａ ｄ ｈ ｔ ｃ ｎ ｅ ｎａｏｇ ｍｅ ｓ ｒ ｎ ｉ ｉ ｎ ａ ｃ ａ ｙ ｏ ｔｏ ．Ｐｒ ｃ ｉａ ｌ ｙ ｎ ｅ ｉ ｌ ｙ ｒｅ ｔ ｄ ｎ ａ ｅ ｏ ｃ ｕｒｃ ｃ ｎ ｒ １ ａ ｔｃ ｂｉｔ ａ ｄ ｆ ｘｂｉｔ ａ ｈｅ ａ ｖａ ｔ ｇ ｓ ｆ ｉ ｌ ｉ
・
控 制 与检 测 ・
组合机床与自 动化加工技术
文章 编 号 ：０ １ ２ ５ ２ １ ） ２— ０ ０— ４ １０ —２ ６ （ ０ ０ ０ ０ ５ ０
基于 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ的 多通 道数 据 采 集卡 开发
夏 亮 ， 宝 ， 小 琦 宋 唐
（ 中科技 大学 国家 数控工 程研 究 中心 ， 华 武汉 ４０ ７ ） ３ ０ ４
（ ｔ ｎ ｌＮ ｍ ｅｉａ ｏ ｔｏ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ Ｃ ｎｅ ，Ｈｕ ｚ ｏ ｇ Ｕ ｉｅｓ ｙ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｎａｉ ａ ｕ ｂ ｒ ｌＣ ｎｒｌ ｎ ｉｅ ｒｎ ｅ ｔｒ ｏ ｃ ａ ｈ ｎ ｎｖ ｒｉ ｆＳ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ，Ｗｕ ａ ｔ ｈｎ ４０７ ３ ０ ４，Ｃ ｉａ ｈｎ ）
ａ ｐｐｌ ａｉ ｎ ｉ ｔｏ ． ｃ Ｋ ｅ ｒ ｓ：ＣＮ Ｃ ； ｙ ｗｏ ｄ ＦＰＧＡ ； ａ ａ ａ ｑ ｓｔｏｎ ｌ ｓ ｄ－ ｐ ｃ ｎｔｏｌ ｄ ｔ ｃ ｕｉｉｉ ；ｃｏ ｅ ｌ ｏ ｒ ｏｏ
Ｏ 引 言
使 用 通 用 数 控 系 统 进 行 二 次 开 发 时 ， 些 专 用 设 某
Ｐ １４总线传 给 数 控 系统 ， 大 大 减轻 数控 系统 处 理 Ｃ０ 可
器 的的运行 负担 。
备 具有大量 模拟 和 数 字 信号 的输 入 和输 出 ， 而一 般 通 用 数控 系统 只有伺 服和 主轴驱 动 电机及 有 限 的 Ｉ０信 ／ 号接 口 ， 能满 足这 些 专 用设 备 对 信 号 采 集 和控 制 的 不 需 求 。因此 ， 要 使 用 外接 的数 据 采 集装 置 。通 用 数 需
ＦＧ Ｐ Ａ实 现 。但 是 ， 处 理 速 度 、 行 效 率 、 线 宽 度 、 从 执 总
体积 、 功耗 等方 面考虑 ，Ｐ Ａ的优 势 比较 明显 。同时 ， ＦＧ
在 数 据 处 理 方 面 ， 以 充 分 利 用 Ｆ Ｇ 通 用 或 专 用 的 可 ＰＡ
摘 要 ： 对数 控 系 统 对 信 号 采 集 和 控 制 的 要 求 ， 计 了 一 款 高 速 多 通 道 模 拟 数 据 采 集 板 卡 ， 采 集 板 卡 针 设 该 以 ＦＧ Ｐ Ａ作 为 主 控 芯 片 ， 实现 多 通 道 宽 范 围 的 模 拟 量 信 号 的 实 时 采 集 、 单 实 用 的 数 字 滤 波 以 及 通 过 简 Ｐ １４ 总线 与 上 位 机 数 控 系统 的 通 信 ， 用 于 多通 道 的 模 拟 量 测 控 、 Ｃ０ 适 高精 度 控 制 的 闭环 控 制 系统 。 该 采
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｏｎｅｋｉｄ ｏ ｇ ｓ ｅ ｎ ｔａ ｔ ｎ ｆｈｉｈ－ｐｅ ｄ ａ ｄ ｍｕｌ － ｈ ｎ ｅ ａ ａ ａ ｑ ｓｔｏ ａ ｄ ｕｓ ｄ ｆ ｒＣＮ Ｃ ａ ｅ ｎ ｄ ｓｇ ｅ ． ｔ ｃ ａ ｎ ｌｄ ｔ ｃ ｕｉｉｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ｏ ｉ ｈ ｓ ｂ ｅ ｅ ｉｎ ｄ
文 献 标 识 码 ： Ａ
Ｄｅ ｅｏ ｖ ｌ ｐｍ ｅ ｔｏ ｕｌｉｃ ａ ｎ ｆＭ ｔ－ ｈ ｎｎｅ ｔ ｑ ｓｔｏ Ｃａ ｄ Ｂａ ｅ ｎ ＦＰＧ Ａ ｌＤａ ａ Ａｃ ｕｉｉｉｎ ｒ ｓ ｄ ｏ ＸＩ Ｌ ａ Ａ ｉｎｇ，Ｓ ＯＮＧ ｏ，ＴＡＮＧ ａ － ｉ Ｂａ Ｘｉ ｏ ｑ
据 采 集 卡 一 般 都 具 有 多路 Ａ Ｄ、 ／ 及 Ｉ０接 口 ， 满 ／ ＤＡ ／ 可 足 大 部 分 设 备 的 信 号 采 集 及 控 制 需 求 。 然 而 ， 些 设 某
ｌ 多通 道来自百度文库 拟量 采集 卡 的 系统 结构
多通道 模拟 量数据 采集是 并 行数 据采 集技 术领 域 研究 的热 点… ， 其控 制核 心一般 采用 单片 机 、 Ｓ Ｄ Ｐ或者
ｔ ｉ ａ ｄ．Ｔｈ ｓ ｐａ ｒ ｅ ａ ｏ ａ ｅ ｈ ｅ ｉ ｎ ｉ ｅ ｎ ｅ ｈ ｄ ｗｈｉｈ ｈａ ｅ ｎ ｖｅ ｉ ｅ ｎ ｅ ｐｅ ｉ ｅ ｄ ａ ｔ ａ ｈｓｃｒ ｉ ｐｅ ｌ ｂ ｒ ｔ ｓ ｔ ｅ ｄ ｓ ｇ ｄ ａ ａ ｄ ｍ ｔ ｏ ｃ ｓ ｂ ｅ ｒｆ ｄ ｉ ｘ ｒｍ ｎｔ ａ ｃ ｕ ｌ ｉ ｎ
集板 卡具有 实用性 和灵 活性等特 点 。文 中详 细 阐述 了软 硬件 的设 计 思 想及 其 实现 方 法 ， 并在 实验 与 实
际 应 用 中得 到 验 证 。 关 键 词 ： 控 系统 ； Ｐ Ａ； 据 采 集 ； 环 控 制 数 ＦＧ 数 闭
中 图分 类 号 ：Ｈ１ ； Ｇ ５ Ｔ ６ Ｔ ６
・
控 制 与检 测 ・
组合机床与自 动化加工技术
文章 编 号 ：０ １ ２ ５ ２ １ ） ２— ０ ０— ４ １０ —２ ６ （ ０ ０ ０ ０ ５ ０
基于 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ的 多通 道数 据 采 集卡 开发
夏 亮 ， 宝 ， 小 琦 宋 唐
（ 中科技 大学 国家 数控工 程研 究 中心 ， 华 武汉 ４０ ７ ） ３ ０ ４
（ ｔ ｎ ｌＮ ｍ ｅｉａ ｏ ｔｏ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ Ｃ ｎｅ ，Ｈｕ ｚ ｏ ｇ Ｕ ｉｅｓ ｙ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｎａｉ ａ ｕ ｂ ｒ ｌＣ ｎｒｌ ｎ ｉｅ ｒｎ ｅ ｔｒ ｏ ｃ ａ ｈ ｎ ｎｖ ｒｉ ｆＳ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ，Ｗｕ ａ ｔ ｈｎ ４０７ ３ ０ ４，Ｃ ｉａ ｈｎ ）
ａ ｐｐｌ ａｉ ｎ ｉ ｔｏ ． ｃ Ｋ ｅ ｒ ｓ：ＣＮ Ｃ ； ｙ ｗｏ ｄ ＦＰＧＡ ； ａ ａ ａ ｑ ｓｔｏｎ ｌ ｓ ｄ－ ｐ ｃ ｎｔｏｌ ｄ ｔ ｃ ｕｉｉｉ ；ｃｏ ｅ ｌ ｏ ｒ ｏｏ
Ｏ 引 言
使 用 通 用 数 控 系 统 进 行 二 次 开 发 时 ， 些 专 用 设 某
Ｐ １４总线传 给 数 控 系统 ， 大 大 减轻 数控 系统 处 理 Ｃ０ 可
器 的的运行 负担 。
备 具有大量 模拟 和 数 字 信号 的输 入 和输 出 ， 而一 般 通 用 数控 系统 只有伺 服和 主轴驱 动 电机及 有 限 的 Ｉ０信 ／ 号接 口 ， 能满 足这 些 专 用设 备 对 信 号 采 集 和控 制 的 不 需 求 。因此 ， 要 使 用 外接 的数 据 采 集装 置 。通 用 数 需
ＦＧ Ｐ Ａ实 现 。但 是 ， 处 理 速 度 、 行 效 率 、 线 宽 度 、 从 执 总
体积 、 功耗 等方 面考虑 ，Ｐ Ａ的优 势 比较 明显 。同时 ， ＦＧ
在 数 据 处 理 方 面 ， 以 充 分 利 用 Ｆ Ｇ 通 用 或 专 用 的 可 ＰＡ
摘 要 ： 对数 控 系 统 对 信 号 采 集 和 控 制 的 要 求 ， 计 了 一 款 高 速 多 通 道 模 拟 数 据 采 集 板 卡 ， 采 集 板 卡 针 设 该 以 ＦＧ Ｐ Ａ作 为 主 控 芯 片 ， 实现 多 通 道 宽 范 围 的 模 拟 量 信 号 的 实 时 采 集 、 单 实 用 的 数 字 滤 波 以 及 通 过 简 Ｐ １４ 总线 与 上 位 机 数 控 系统 的 通 信 ， 用 于 多通 道 的 模 拟 量 测 控 、 Ｃ０ 适 高精 度 控 制 的 闭环 控 制 系统 。 该 采
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｏｎｅｋｉｄ ｏ ｇ ｓ ｅ ｎ ｔａ ｔ ｎ ｆｈｉｈ－ｐｅ ｄ ａ ｄ ｍｕｌ － ｈ ｎ ｅ ａ ａ ａ ｑ ｓｔｏ ａ ｄ ｕｓ ｄ ｆ ｒＣＮ Ｃ ａ ｅ ｎ ｄ ｓｇ ｅ ． ｔ ｃ ａ ｎ ｌｄ ｔ ｃ ｕｉｉｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ｏ ｉ ｈ ｓ ｂ ｅ ｅ ｉｎ ｄ
文 献 标 识 码 ： Ａ
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据 采 集 卡 一 般 都 具 有 多路 Ａ Ｄ、 ／ 及 Ｉ０接 口 ， 满 ／ ＤＡ ／ 可 足 大 部 分 设 备 的 信 号 采 集 及 控 制 需 求 。 然 而 ， 些 设 某
ｌ 多通 道来自百度文库 拟量 采集 卡 的 系统 结构
多通道 模拟 量数据 采集是 并 行数 据采 集技 术领 域 研究 的热 点… ， 其控 制核 心一般 采用 单片 机 、 Ｓ Ｄ Ｐ或者
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集板 卡具有 实用性 和灵 活性等特 点 。文 中详 细 阐述 了软 硬件 的设 计 思 想及 其 实现 方 法 ， 并在 实验 与 实
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中 图分 类 号 ：Ｈ１ ； Ｇ ５ Ｔ ６ Ｔ ６