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1、 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 III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。
2、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
3、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；ADS8344 Compression System Design Based on FPGAAbstract： With the rapid development of computer science and mobile communication,data-acquisition system is developing towards
4、multi-channel、 high-speed andintelligent.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 d
5、ata 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 technologys rapid development,the data acquisition system also obta
6、ined 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 systems portability.Therefore,designs an appropriate data acquisition syste
7、m 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
8、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 t
9、o 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
10、system not only cancompress 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 electronic measuremen
11、t instrument.Key words: data-acquisition， FPGA， ADS8344目 录第1章 绪论11.1 研究目的及意义11.2 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12.1. 数据采集器系统概述12.2 数据采集的基本流程2第3章 数据采集系统的硬件设计43.1 数据采集器的芯片工作原理43.1.1 ADS8344芯片的介绍43.1.2 ADS8344的内部结构63.1.3 ADS8344的工作时序63.1.4 ADS8344的主要工作特点73.1.5 A/D芯片周边部分电路83.2 FPGA芯片的基本工作原理与基本架构93.2.2 FP
12、GA芯片的基本架构113.2.3 FPGA芯片的I/O口133.2.4 FPGA的时钟源及锁相环接口电路143.2.5 FPGA的配置电路15第4章 数据采集系统的软件设计174.1 FPGA芯片的Verilog HDL程序设计174.2 数据采集系统软件设计方案184.3 控制模块的FPGA实现194.4 FPGA的编程214.5 PC机编程24结论25致谢26参考文献27西南科技大学城市学院本科生毕业论文第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。从20世纪60年代以来，数字信号处理技术已逐渐成为信号处理领域的主
13、力，它已经渗透到各个应用领域之中。与此同时作为数字信号处理的前提数据采集也不断得到长足的发展，数据采集是指将温度、压力、流量、位移等模拟量采集、转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示或者打印的过程，相应的系统称为数据采集系统。在生产过程中，应用数据采集。系统可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、降低成本提供信息和手段。在科学研究中，应用数据采集系统可获得大量的动态信息，是研究瞬间物理过程的有力工具，也是获得科学奥秘的重要手段之一。对于微弱信号的采集和处理，多数是以单片机或CPU为控制核心，虽然编程简单控制灵活，但由单片机串行工作的特点所决定的，即使是高速度单片机也
14、只能工作在us级；可靠性低，在某些情况下瞬间的复位会造成严重后果；不支持地址空间的扩展，只能用I/O端口来扩展外围器件；专为超低功耗设计，工作电压为3.3V，不适宜工作在+5V工作电压；因此，单片机的指令周期以及处理速度的影响，对于多通道、多个A/D组成的阵列进行控制以及数据处理，普通单片机达不到要求，因此多路数据采集系统里往往不采用单片机直接控制。本课题就是为了在一些微体积、低功耗的测试系统中实现高速数据采集的功能的同时而不增加系统的体积和功耗的情况下应运而生的，即用FPGA实现数据采集和数据实时压缩的功能。本课题主要研究数据采集和数据压缩两大方向，这两大方向的主要功能都是通过FPGA来实现
15、。数据采集模块主要是通过FPGA对外部的A/D芯片进行控制。作为数据采集的典型应用电子测量仪器，它的应用范围也越来越广，向着多功能、多方位、多领域扩展，许多新的测试项目、新的仪器不断涌现，广大用户对电子测量的要求也由仅仅的稳定性提升为综合性要求，进一步上升为专业化、手持化、微机化、通讯化、监控化等等，本文正是应用电子测量仪器的数据采集端进行设计。在目前我们所应用的电子测量仪器中，其数据采集所采用的方法在实际的应用领域差异较大，一般均为定制的数据采集卡，有的通道较多但速度不够快，有的采集速度较快但通道较少。基于此，本文结合实际的项目，设计一种应用FPGA的高速多通道的仪器用数据采集系统，希望能为实际的产品提供有用的参考。1.2 国内外发展趋势及研究现状数据采集系统出现于20世纪50年代，1956年美国首先研发了用在军事上的数据采集测试系统。在20世纪60年代后期，国外就有成套的数据采集测试设备进入市场，此阶段的数据采集设备和系统多属于专用的系统。进入20世纪70年代，随着计算机的普及应用，数据采集系统得到了极大的发展，开始出现了通用数据采集与自动测试系统。该阶段的数据采集系统主要由两类：一类由仪器仪表和采集器、通用接口总线和计算机构成。第二类由数据采集卡、标准总线和计算机构成。20世纪80年代后期，数据采集系统发生了巨大变化，由工业计算机、单片机和大规模集成电路组
