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1、课课程程设设计计任任务务书书学生姓名：学生姓名： 周国阳 专业班级：专业班级： 电信 1001 班 指导教师：指导教师： 沈维聪 工作单位：工作单位： 信息工程学院 题题 目：目：高速数据采集系统原理分析和设计初始条件：初始条件：数据采集是数字信号处理的前提，研究和设计数据采集系统就显得尤为重要。本课程设计题要求学生在广泛查阅资料的基础上，对高速数据采集系统技术进行分类和比较，并作相关设计。要求完成的主要任务：要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1）搜索出若干种高速数据采集系统方案并对它们进行分析和比较。（2）设计出一款高速数据采集系统。（3）对所
2、设计的高速数据采集系统的性能指标进行分析。（4）给出系统（或部分）的仿真。时间安排：时间安排：一周，其中 3 天设计，2 天调试指导教师签名：指导教师签名： 年年 月月 日日系主任（或责任教师）签名：系主任（或责任教师）签名： 年年 月月 日日目录摘要.I Abstract.II 1. 开发环境.1 1.1 仿真工具.1 1.2 编程工具.1 2 硬件模块 .2 3.基本原理.4 3.1 采样.4 3.2 量化与编码.4 3.3 时钟频率合成.4 3.4 存储技术.5 4. 高速数据采集系统的方案.6 4.1 单片机控制的高速数据采集系统.6 4.2 基于 MCU+FPGA 组合的高速数据采集
3、系统 .9 4.3 基于 DSP 和 ADS8364 的高速数据采集处理系统.11 5.高速数据采集系统的方案分析比较.13 6.设计系统.15 6.1 设计思想.15 6.2 硬件电路.16 6.3 电路分析.17 7.仿真结果及分析.18 7.1 仿真结果.18 7.2 结果分析.19 8.总结.20 参考文献.21 附录一 代码.22武汉理工大学专业综合课程设计说明书摘要本次项目是设计高速数据采集系统。数据采集是数据处理的重要前提，数据采集是指将模拟量（模拟信号）采集，转换成数字量（数字信号）后，再由计算机进行存储、处理、显示或输出过程。数据采集系统DAs(Data Acquisitio
4、n System)是模拟量与数字量之间的转换接口。它在自动测试、生产控制、通信、信号处理等领域占有极其重要的地位。而高速数据采集系统更是航天、雷达、制导、测控、动态检测等高技术领域的关键技术。高速数据采集系统中的采样频率一般在几十 MHz 到几百 MHz。关键字：高速数据采集；转换；采样频率 武汉理工大学专业综合课程设计说明书IAbstractThe project is to design high-speed data acquisition system. Data acquisition is an important prerequisite for data processing,
5、 data acquisition means that the analog (analog signal) acquisition, the digital conversion (digital signal), then the computer for storage, processing, display or output process. Data Acquisition System - DAs (Data Acquisition System) is the conversion of analog and digital interfaces between. It o
6、ccupies an extremely important position in the field of automated testing, production control, communications and signal processing. The high-speed data acquisition system is the key technology in aerospace, radar, guidance, monitoring, motion detection and other high-tech fields. High-speed data ac
7、quisition system sampling frequency is generally in the tens of MHz to several hundred MHz. Keywords: high-speed data acquisition; conversion; sampling frequency武汉理工大学专业综合课程设计说明书01.开发环境1.1 仿真工具我们这次在进行硬件仿真时运用的 proteus 工具，它具有以下功能：(1)能实现单片机仿真和 SPICE 电路仿真的结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统仿真、RS232 动态仿真、I
8、2C 调试器、SPI 调试器、键盘和 LCD 系统仿真等功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。(2)支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有 68000 系列、8051 系列、AVR 系列、PIC12 系列、PIC16 系列、PIC18 系列、Z80 系列、HC11系列以及各种外围芯片。(3)提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如 Keil C51 uVision2 等软件。(4)具有强大的原理图绘制功能。1.2
9、 编程工具Keil 软件是目前最流行开发 MCS-51 系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持 Keil 即可看出。Keil 提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。掌握这一软件的使用对于使用 51 系列单片机的爱好者来说是十分必要的，如果你使用 C 语言编程，那么 Keil 几乎就是你的不二之选（目前在国内你只能买到该软件、而你买的仿真机也很可能只支持该软件） ，即使不使用 C 语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍
10、。武汉理工大学专业综合课程设计说明书12 硬件模块一个典型的数据采集系统由传感器、信号调理通道、采样保持器、A/D 转换器、数据缓存电路、微处理器及外设构成。如图 1 所示。图 1 数据采集系统的组成(1)传感器传感器把待测的非电物理量转变成数据采集系统能够检测的电信号。理想的传感器能够将各种被测量转换为高输出电平的电量，提供零输出阻抗，具有良好的线性。(2)信号调理通道信号调理通道主要完成了模拟信号的放大和滤波等功能。理想的传感器能够将被测量转换成高输出电平的电量，但是实际情况下，数据采集时，来自传感器的模拟信号一般都是比较弱的低电平信号，因此需要对信号进行放大。而A/D 转换器的分辨率以满
11、量程电压为依据，因此为了充分利用 A/D 转换器的分辨率，需要把模拟输入信号放大到与其满量程电压相应的电平。而传感器和电路中器件不可避免的会产生噪声，周围各种各样的发射源也会使信号混合上噪声，因此需要利用滤波器衰减噪声以提高输入信号的信噪比。(3)采样保持器A/D 转换器完成一次转换需要一定的时间，而在转换期间希望 A/D 转换器输入端的模拟信号电压保持不变，才能保证正确的转换。当输入信号的频率较高时，就会产生较大的误差，为了防止这种误差的产生，必须在 A/D 转换器开始转换之前将信号的电平保持，转换之后又能跟踪输入信号的变化，保证较高的转换精度。为此，需要利用采样保持器来实现。武汉理工大学专业综合课程设计说明书2(4)A/D 转换器模拟信号转换成数字信号之后，才能利用微处理系统对其处理。因此 A/D转换器是整个数据采集系统的核心，也是影响数据采集系统采样速率和精度的主要因素之一。对于高速模数转换器主要有逐次逼近型、并行比较型(闪烁型)等分级型(半闪烁型)等几种电路结构。高速的模数转换器内部一般都集成了采样保持器和多路数据分配器，以保证采样的精度和降低后续存储器的要求。(5)数据缓存电路对于高速数据采集系统，采集量化后的数据速率非常高而且数量大，微处理系统无法对数据进行实时处理，因此需要存储器对数据进行缓存。缓存区是以高速方式接收从
