nios-ii 中ad转换接口设计

《nios-ii 中ad转换接口设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、在NIOS-II系统中AD数据采集接口的设计与实现   随着电子技术的发展，电子系统设计的规模和复杂程度不断的加大，与此同时，人们对电子产品的各方面性能的要求都在不断的升高，对于开发商来说，以最快的速度，开发出满足市场需要的电子产品是最根本的目的。显然，传统的硬件、软件单独设计的方式很难满足人们这种快速增长的需求。近年来，电子行业提出了软硬件协同起来进行设计的思想，SOPC就是在这种需求下由ALTERA公司提出的一种软硬件协同设计的解决方案。它将硬件的设计集中到一个高度集成的FPGA芯片中，对于特殊的应用设计，可以根据需要灵活的配置系统的硬件。而这一目标的实现是基于NIOS处理器以及其

2、他一些用户可选的IP核。虽然这种方法，给设计带来了极大的方便，但是现有IP核并不能总是能够满足用户的需要。因此，进行SOPC开发，很有必要学习一下定制NIOS外设的方法和技巧。本文就是基于这种目的，详细的论述了在NIOS系统中A/D数据采集接口的设计与实现，以供大家参考。1问题的提出   在NIOS系统中实现外部模拟数据的采集，可以有很多种方法，比较传统的是，在外部由一个控制器控制数据采集的过程，然后再利用标准的接口和上位机连接，进行数据传输，实现数据的采集。比较常见的标准接口有串行口、USB口。但是在FPGA中实现这些接口逻辑不仅复杂，而且还需要外部主控制器来控制数据的采集和传输。对

3、于NIOS系统而言，它是建立在有着大量逻辑资源的FPGA芯片上的，如果用它实现复杂的逻辑，然后还要外部控制器的配合，而目的只是进行外部数据的采集，显然这是不可取的。如果能够有一种简单的方法，不仅可以满足用户的设计要求，而且不需要其它的外部主控制器，这将是一种很好的选择。因此，最好的方式应该是直接在FPGA芯片上根据需要灵活的去实现控制逻辑接口。   如上所述，在FPGA上系统中，实现对外部A/D数据采集电路的控制接口逻辑，由于其逻辑功能不是很复杂，采用自定义的方式将是非常可取的。采用这种方法进行设计有两种途径。①从软件上去实现。这种方案将NIOS处理器作为一个主控制器，通过编写程序来控

4、制数据转换电路，实现数据采集。采用这种方法，在实现的时候会出现一些问题，由于NIOS处理器的工作频率相对于外部设备来说要高出许多，因此，我们无论是采用查询的方式还是采用中断的方式，都会造成CPU资源极大的浪费，用查询的方式CPU将会出现大量的等待，用中断的方式系统又会频繁被中断。无论怎样，牺牲CPU的性能来解决功能上的问题是不可取的，当然，在这种情况下如果采用DMA（内存直接存取）的方式可以解决以上提出的问题，但是实现起来也比较复杂。②用FPGA的逻辑资源来实现A/D采集电路的控制逻辑。我们知道FPGA有着丰富的逻辑资源和接口资源，在其中实现并行的数据采集很少会受到硬件资源的限制，而且

5、，在功能上，设计的接口控制逻辑相当于一个主控制器，它是针对具体的外部电路而实现的，容易满足要求、又能节约资源，提高系统性能。因此，采用硬件逻辑去实现控制将是一种较好的方式，下面本文将对这种实现方式作详细的讨论。2设计方案   通过对系统需求进行仔细分析，此模块的功能设计可分为数据采集控制逻辑、数据接口、数据处理逻辑三部分，其整体功能框架图如下： 图1模块功能框图说明：AVALON总线主要是用于连接片内处理器与外设，以构成可编程单芯片系统。3功能描述：1. 数据采集控制逻辑：产生A/D转换需要的控制信号。2. 数据接口：提供一个外部A/D采集的数据流向AVALON总线的数据通道，主要是完

6、成速度匹配，接口时序转换。3. 数据处理单元：此部分主要是提供一些附加功能，如：检测外部信号或内部其它单元的工作状态，进行简单信息处理。4设计分析：4.1数据采集控制逻辑   在此以典型的模数转换芯片ADC0804为例,进行电路设计，ADC0804的数据宽度为8位,数据转换时间最快为100us，转换时钟信号可以由内部施密特电路和外接RC电路构成的震荡器产生，也可以直接由外部输入，其频率范围：100KHZ~1460KHZ。在本设计中ADC0804的时钟为最大输入频率，控制信号时序如图2。 图2ADC0804控制信号时序图   由ADC0804的时序可以知道，转换过程由一个写信号启动，转换

7、完成后，输出INTR信号，此时可以读取数据。之后可以进入下一个转换周期。由ADC0804的转换时间可知，其最大采集频率为10KHZ，只要用户设置的采样频率不超过这个数值，ADC0804就可以正常的工作。综合以上考虑，设计时要注意两点：①写信号的频率要低于ADC0804的最大转换频率。②在写信号之后至少要有100us的时延，才能输出读信号。   在此，提出两种方法来实现ADC0804的控制信号时序：①主动模式，在这种模式下，控制电路启动A/D转换