基于以太网的高速实时数据采集与传输系统设计

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1、学位论文的主要创新点一、设计高速模数转换器相关硬件电路，并在此基础上通过FPGA对外部电路提供的+5V范围内的正弦信号完成50MSPS的数据采集、存储与FIR滤波预处理。二、利用SOPC技术构建嵌入式网络硬件平台，在FPGA中内嵌NiosII软核处理器，使用硬件逻辑并通过UDP／IP协议实现由FPGA到PC的数据传输系统设计。摘要数据采集系统搭建了由模拟世界通往数字世界的桥梁，并伴随着微电子技术和计算机技术的发展，渗透到科研、生产和生活的多个领域，得到了广泛的应用。而工业化水平和信息技术的不断提升，对系统性能提出了

2、更高的要求，具备更高采集精度和传输速度的数据采集系统逐步成为研究的热点。本文介绍了数据采集系统的相关概念以及组成结构，并针对日常生活以及工业生产中常使用的土5V范围的正弦模拟信号，设计了一种成本低、性能高、实时性强、灵活性好的以FPGA为主控单元的数据采集、预处理以及传输的硬件平台。首先为使模数转换器达到最佳转换性能，通过设计模数转换器前端衰减电路，完成外部输入模拟信号到模数转换器输入量程的匹配；其次通过FPGA内部的硬件资源利用窗函数法设计FIR滤波器，完成对采集数据的预处理；最后通过Altera公司的SOPCB

3、uilder工具构建以嵌入式软核处理器NiosII为主控单元的以太网高速实时数据传输平台，并结合干兆网PHY芯片完成预处理后的数据由FPGA至PC的传输系统设计。整体方案采用AnalogDevice公司的高速模数转换器AD9226、Marvell(美满)公司千兆网PHY芯片88E111l以及Altera公司的CycloneII系列的FPGA构建硬件平台，以QuartusII以及NiosII集成开发环境(IDE)为软件平台，并利用硬件描述语言(verilog)和C语言完成整个系统设计。最终将采集数据通过干兆以太网发送

4、至上位机，便于数据的后期分析与处理。经数据传输测试实验表明，被测数据可实时的传至上位机，满足设计要求，具有一定的实用价值。关键词：数据采集；FIR滤波；FPGA；NiosII软核；千兆网Abs仃actThedataacquisitionsystembuildsabridgeconnectingtheanalogworldtothedigitalworld．Withthedevelopmentofthemicro-electronicandcomputingtechnologies，thedataacquisitio

5、nsystemhasbeenwidelyusedinvariousfieldsincludingthescienceandresearch,production,anddanyfife．Theimprovementoftheindustrializationlevelandinformationlevelposeshigherdermndsforsystemperformance．Thedataacquisitionsystemwithhighacquisitionprecisionandtransmissions

6、peedhasbecomeahotresearchtopic．Thispaperdescribestheconceptsandstructureofthedataacquisitionsystemanddesignsahardwareplatformforprocessinganalogsignalsinda坶lifeandinduslrialproduction．WiththeFieldProgrammableGateArmy(FPGA)asthemaincon901unit,thisplatformintegr

7、atesdataacquisition、pre-processandlransmissionfunctions，aswellasfeaturesbwcostS，highperformance，goodreal—timenessandflexibility．First,theattenuationcircuitinthe丘ontoftheanalog·to-digitalconvertorconvertstheexternalanalogsignalstothedigitalsignalsbasedonthespec

8、ificmatchingrule．Then,thefiniteimpulserespomefilterwithintheFPGAisusedtopre—processcollecteddata．Intheend，SOPCBuilderofAlteraisusedtoconstructahigh-speedEthernetlrammissionphtformw