基于fpga的高速多路数据采集系统的设计

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1、基于FPGA的高速多路数据采集系统的设计孙东辉，胡辉，郭云波（北华航天工业学院电子工程系，河北廊坊065000）基金颁发部门：河北省教育厅；项目名称：控制网络通信性能分析及网络互连技术的研究；项目编号：Z2006405；基金申请人：孙东辉摘要：本文介绍了一种基于FPGA的高速多路数据采集系统的设计方案，描述了系统的主要组成及FPGA的实现方法。在硬件上FPGA采用ACEX1K100器件，用于实现A/D转换器的控制电路、多路数据转换与存储器等电路。软件上采用MAX+PLUSⅡ的LPM参数化模块库和VHDL硬件描述语言实现。A/D转换器采

2、用的是高速及高精度的MAX120器件。关键词：FPGA；数据采集系统；A/D转换器；数据选择器；存储器DesignofHigh-speedMulti-channelRealTimeDataCollectionSystemBasedonFPGASUNDongHuiHUHuiGUOYunBo(ElectronicsEngineeringDepartment,NorthChinaInstituteofAstronauticEngineering,Langfang065000,China)Abstract:Thepaperintroduces

3、thedesignofhigh-speedmulti-channelrealtimedatacollectionsystembasedonFPGA.ThemaincomponentofthesystemandtheachievingmethodofFPGAaredescribed.InhardwareFPGAusesACEX1K100devicetoRealizecontrollingcircuitofA/Dtranslator,multiplexerstranslatorandmemorycircuitetc.InsoftwareF

4、PGAusesLPMparametermodularlibraryandVHDLhardwaredescriptionlanguageofMAX+PLUSⅡ.A/DtranslatorusesMAX120deviceforhighspeedandaccurate.Keywords:FPGA；DataCollectionSystem；A/Dtranslator；DataSelector；Memorizer[中图分类号]TP302.1[文献标识码]B1．引言FPGA（FieldProgrammableGateArray）是现场可编程门阵列

5、的简称。随着EDA技术的发展，可编程器件在数字系统设计领域得到广泛应用，不仅缩短了系统开发周期，而且利用器件的现场可编程特性，可根据具体应用的要求对器件进行动态配置或编程，简单易行地完成功能的添加和修改。因此，可编程器件已成为电子设计领域的重要角色。由于FPGA/CPLD具有高集成度、高速度与高可靠性等特点，时钟延时达ns级，因此在高速的实时测控领域有着非常广阔的应用前景。对数据采集系统的设计提出两个方面的要求：一方面，要求接口简单灵活且有较高的数据传输率；另一方面，由于通道多、数据量较大，要求主机能够对实时数据做出快速响应，并及时进

6、行分析和处理。一般的数据采集系统由多路数据选择器、A/D转换器、数据存储器、单片机控制器以及通信接口电路等组成。传统的数据采集器中的多路数据选择器由多个模拟开关组成，加上A/D转换器的控制电路及数据存储器，电路所需元器件较多，因此电路板设计的面积较大。如果采用现场可编程门阵列FPGA电路实现多路数据选择器、存储器及外围的一些控制电路。不仅可以减小电路板的设计体积，而且最大限度地提高系统的信号采集和处理能力。2．系统设计原理多路数据采集系统的硬件设计框图如图1所示。整个系统由多路模拟信号输入、多路数据选择器、A/D转换器、采集器控制电路

7、、CPU、数据存储器及接口电路等组成。多路模拟多路数据A/DCPU接口电路信号输入选择器转换器采集器控数据制电路存储器图1多路数据采集系统的硬件设计框图多路模拟信号输入由传感器放大器及调理电路组成（这里不做介绍）；A/D转换器采用美国MAXIM公司近来新推出的产品MAX120，该芯片为采用BICMOS工艺生产的带采样电路的12位模拟数字转换器，能方便的与一般微处理器接口，并且集跟踪/保持器(T/H)、精密电源于一体。转换时间为1.6µs，采样率是500Ksps。MAX120有多种采样模式可供选择，输入电压为±5V，极限值为±15V，功

8、耗为210mW，全温度下无丢失码，适合于高速数据采集处理系统，满足高速、高精度数据处理的要求。在整个设计框图中，多路数据选择器、采集器控制电路、数据存储器都可以由一片可编程逻辑芯片组成。另外还可利用可编程逻辑芯片完成信号