基于fpga的高速实时数据采集系统

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1、·国内图书分类号：TP274+.2 国际图书分类号：681.2工学硕士学位论文基于FPGA的高速实时数据采集系统硕士研究生：门亮导师：王立欣教授申请学位：工学硕士学科、专业：电气工程所在单位：电气工程系答辩日期：2008年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学····ClassifiedIndex：TP274+.2 U.D.C.：681.2DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringAHIGH-SPEEDANDREAL-TIME DATAACQUISITIONSYSTEMBASED ON

2、FPGACandidate：MenLiangSupervisor：Prof.WangLixinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：ElectricalEngineeringAffiliation：Dept.ofElectricalEngineeringDateofDefence：June，2008Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology····哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随

3、着我国航天技术的迅猛发展，对于航天试验领域的重要部分——数据采集技术的要求也越来越高。本文以10N推力发动机高空脉冲点火试验中对爆燃压力峰的采集要求为设计指标，完成了基于FPGA的高速实时数据采集系统。系统的模拟带宽为DC~80kHz，实时连续采集速率可达5Msps，A/D分辨率12位，双通道数据缓存容量32MB。在硬件电路的设计上，通过AD8138调理的双路模拟信号经AD9238后完成同步高速模数转换，转换后的数据缓存到大容量的SDRAM中，最终通过PCI总线上传到上位机。为提高硬件电路的电磁兼容性，对PCB设计中高频信

4、号的返回路径以及系统工作的电磁环境进行了细致分析，并提出了六层电路板的分层与布线策略。在控制逻辑的设计中，为实现实时数据采集，着重解决了硬件控制核对大容量SDRAM的乒乓控制和PCI总线的DMA传输两项技术。使用多种EDA工具协同设计，并用基于逻辑锁定的模块化设计流程完成了控制逻辑的仿真、综合及验证，消除了设计中的违规时序，实现数据的可靠存储与实时传输。通过与驱动程序的动态链接，在LabWindows/CVI平台下完成了系统的应用软件设计。采用多线程并行运行的方法，减少了上位机软件运行的时间开销，进一步提高了实时数据采集的

5、速度。经测试表明，系统在高速实时数据采集时达到了设计要求，信噪比约为70.8dB，有效位数为11.07位。关键词数据采集；FPGA；DMA-I-····哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofastronauticaltechnologyinChina,the requirementofHigh-speedDataAcquisitionTechnologyhasbecamehigherand higherasoneofthemostimportantpartinast

6、ronauticalexperimentarea.This designaccomplishesareal-timeandhigh-speeddataacquisitionsystembasedon FPGA,withtheacquisitionrequirementfordeflagratingpressapexin10N satelliteengine‘spulseignitionexperimentasitsdesignindex.Thebandwidthofanaloginputsignalinthissystem

7、isDC~80kHz.The speedofreal-timeacquisitionisupto5Mspswith12bitsandthedualchannel datacachecapacityis32MB.Onthedesignofthehardwarecircuit,thedifferentialanalogsignal arrangedbyAD8138accomplishesthemodulustransitionsynchronouslyafter passingAD9238.Thedatadigitizedar

8、ecachedintoSDRAMoflargecapacity andfinallytransmittedintoPCthroughthePCIbus.Inordertoincreasethe electromagneticcompatibilityofthissystem,analysisismade