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基于FPGA的数据高速采集系统设计

赵华影  
【摘要】:随着数字技术的发展,数据采集系统被用于越来越多的领域中,如工业控制、无线通信、科学实验等领域。人们对采集系统的高速性以及实时性等方面的要求越来越高。 目前,国内外市场上的数据采集产品大多以单片机、DSP或FPGA作为数据采集系统的控制中心,以PCI总线作为其通讯总线的采集设备,此类采集卡受总线的限制,且易受主机内其他器件的干扰。此外,高速、实时、连续大容量地采集及存储数据也是数据采集系统的一个关键问题。本文在对数据采集技术的国内外发展现状以及数据采集技术理论研究和分析的基础上,总结了数据采集系统的特点以及发展趋势,本着经济、实用、简洁、可靠及安全的设计原则,提出了一种基于FPGA的高速、高精度、低功耗的数据采集系统的设计方案。 本设计采用FPGA作为控制系统的核心,控制高速ADC进行数据的采样,并结合Altera公司提供的FIR IP核对采集出来的数据进行低通滤波,滤波后的数据经过FIFO进行数据格式转换后,存储在动态存储器SDRAM中,然后经USB转串口电路传输到计算机上进行显示和数据分析。在FPGA内部,采用了自上而下以及模块化的程序思想来设计各外部模块的控制程序。整个采集系统包括A/D采样模块、FIR数字滤波模块、FPGA主控模块、SDRAM控制器设计模块以及USB转串口电路五个部分,对每部分的硬件电路进行了功能测试,并采用ModelSim仿真软件,编写代码对系统模块进行功能仿真。 最后,采用本系统对模拟信号进行采样,得到了大量的采样数据,通过Matlab软件对采集出来的数据进行拟合,得到相应的波形并对其进行分析和验证,达到了既定目标,为高速数据采集提供了一种有效手段。


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