测控技术与仪器 毕业论文范文——基于FPGA的数据采集系统设计

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1、基于FPGA的数据采集系统设计摘要随着计算机科学和芯片制造工艺的飞速发展，数据采集、处理和传输这三大信息技术基础相互促进，推动着数字系统向着大容量、小体积、高速度的方向发展。FPGA凭借其灵活性、适应性和可重构性使得这一趋势成为现实。目前，结合高速ADC和大容量存储器，以单片FPGA为核心控制与处理芯片的数字系统成为研究的热点。本课题以Altera公司的CycloneⅡ系列FPGA为平台，设计实现一个单路采样频率为1MHz的信号采集系统，并将采集到的数据存储在SRAM存储器中。FPGA通过对AD7492采样频率的控制以实现数

2、据的采集及存储。本设计用硬件描述语言VHDL编写程序并对电路进行了功能仿真。实验结果表明该测试系统运行良好，具有一定的可用性。关键词：FPGA，数据采集，数据存储，VHDL，SRAM第35页共33页DesignforDataAcquisitionSystemBasedonFPGAAbstractWiththehigh-speeddevelopmentofcomputertechnologyandchips'manufacturetechniques,dataacquisition,processingandtransmiss

3、ion,whicharethethreebasesofinformationtechnique,hastenmutually.Theypromotethedigitalsystemtobemuchbulkier,smallerandspeedier.Takingitsnotableadvantagesofagility,flexibilityandreconfiguration,FPGA(FieldProgrammableGateArray)makesthistrendpractical.Thisdissertationut

4、ilizesAltera'sCycloneⅡseriesFPGAastheplatformtodesignandrealizeasinglechannelanalogsignalacquisitionsystemwhosesamplingfrequencyis1MHz.ThedatacollectedarestoredintheSRAMmemory.FPGAmainlycontrolssamplingfrequencybycontrollingtheA/D7492toachievethepurposeofdatacollec

5、tionandstorage.ThewholedesigniswritteninVHDLhardwaredescriptionlanguageandissimulatedfunctionally.Experimentalresultsshowthattestsystemoperationisingoodconditionandhavecertainusability.Keywords:FPGA,dataacquisition,datastorage,VHDL,SRAM1绪论1.1选题背景和意义现代航空、电力、雷达、通信、医疗

6、等众多领域常常需要测量多种信号，并将所测模拟信号转变为计算机可识别的数字信号，然后根据不同需要由计算机进行相应的处理从而实现对相关设备或仪器的控制，这个过程就需要涉及信号的采集与处理[1]第35页共33页。计算机技术的高速发展为人们利用现代数字信号处理技术处理高速、大量的信息提供了有效手段，并对数据采集技术提出了越来越高的要求。数据采集系统的好坏主要取决于采样速度和精度等。在保证精度的情况下要尽可能提高采样速率，以满足实时采集、实时处理和实时控制对速度的要求。传统的数据采集系统，通常采用单片机或DSP作为主要控制模块，控制A

7、DC、存储器和其他外围电路的工作[2]。随着数据采集对速度性能的要求越来越高，传统采集系统的弊端就越来越明显。单片机的时钟频率较低且需用软件实现数据采集，这使得采集速度和效率降低，此外软件运行时间在整个采样时间中也占很大的比例。而FPGA（现场可编程门阵列）有单片机无法比拟的优势。FPGA时钟频率高，内部延时小，全部控制逻辑由硬件完成，速度快、效率高[3]。数字信号处理是以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，从而得到符合需要的信号形式[4]。针对不同的应用场合数字信号处理可采用不同的设备实现，比

8、如计算机或专用处理器，工业控制等领域常常采用专用处理器实现。目前常用的专用处理器有两种实现方式:使用信号处理器DSP通过软件编程实现；应用现场可编程门阵列FPGA实现。利用软件编程虽然有很大的灵活性，但DSP所有指令的执行时间均是单周期，而且受到串行指令流的限制，每个时钟周期所作的有用操作