基于veriloghdl设计的自动数据采集系统

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1、自动化与仪器仪表基于!"#$%&’()*设计的自动数据采集系统杭州浙江大学仪器系T&8$$"DU杨祥龙罗子健摘要!介绍了一种采用硬件控制的自动数据采集系统的设计方法#包括数字系统自顶向下的设计思路$9*):;(<=1,对系统硬件的描述和状态机的设计以及’0AV4,53??开发软件的仿真%设计结果表明&该采集系统具有很高的实用价值#极大地提高了系统的信号处理能力%关键词!可编程逻辑器件9*):;(<=1,>?>@>3’随着数字时代的到来!数字技术的应用已经渗透到了人类生活的各个方面"数字系统的发展在很大程度上得益于器件和集成技术的发展!著名的摩尔定律#’(()*$+,-.%的

2、预言也在集成电路的发展过程中被印证了!数字系统的设计理念和设计方法在这过程中发生了深刻的变化&从电子/01’电子/02到电子设计自动化(210%!随着设计复杂程度的不断增加!设计的自动化程度越来越高&目前!210技术作为电机以进行进一步的处理&子设计的通用平台!逐渐向支持系统级的设计发展)数基于9*):;(<=1,设计的自动状态机由硬件控制061字系统的设计也从图形设计方法向硬件描述语言设计转换以及自动向>?>@中存储数据!采样频率由134系统方法发展&可编程器件在数字系统设计领域得到广泛应的输出时钟确定!当采样数据达到一帧时!>?>@向134申用!不仅缩短了系统开发周期!

3、而且利用器件的现场可请中断!134系统启动1’0完成数据读取&这期间数据采编程特性!可根据应用的要求对器件进行动态配置或编集不中断!从而实现连续的实时数据采集和实时数据处程!简单易行地完成功能的添加和修改&理&数据采集系统由061芯片’0A8BC’逻辑控制芯片在现代工业的发展中!实时测控系统得到广泛应24’D8"E’>?>@芯片/FD/%"G组成&控制逻辑用9*)H用!这就对高速数字信号处理系统提出了更高的要求&:;(<=1,语言描述!并进行了仿真和实际验证&因为要涉及大量的计算!为了提高运算速度!应用了大,硬件电路设计量134器件&数据采集系统是整个系统的核心部分之,(+

4、-./转换芯片一!传统方法是应用’/5或134通过软件控制数据采系统0I1转换由’0A8BC芯片实现&’0A8BC的特集的模6数转换!这样必将频繁中断系统的运行从而减点为,弱系统的数据运算能力!数据采集的速度也将受到限!8"位061转换精度!86",3J线性度)制&因此!1347/4,1的方案被认为是数字信号处理系"单G9电源供电)统的最优方案之一!由硬件控制模6数转换和数据存储!#软件选择模拟量输入范围!分别为,K8$9’LG9’从而最大限度地提高系统的信号采集和处理能力&$MG9’$M8$9)+系统总体方案$C模拟量输入通道)数据采集系统是基于134的信号处理系统中的一

5、%C&+转换时间!8$$N+O+采样速率)部分!框图如图8所示&该数字信号处理系统用于随机’内部或外部采样控制)共振理论在弱信号检测中的应用研究中&整个系统由信(内部或外部时钟控制转换&号放大’信号滤波’信号采样’高速数字信号处理’与主在’0A8BC的控制字中,计算机的高速数据传输接口等部分组成&其中!信号放!0"080$为通道选择字,$$$M8$8分别代表通道大是对输入信号进行调理以满足采样的要求)信号滤波$MG)是防止信号产生*混叠现象+)信号采样是完成模拟信号"J?4’PQR为输入范围和极性选择)的数字化)高速数字信号处理是在建立随机共振模型的#0/S’@1,采样控制

6、模式!$为内部控制采样!8为基础上完成各种算法)与主计算机的高速数据传输接口外部控制采样)是满足信号检测的实时性!将134处理的数据传给计算$418’41$为时钟与省电模式选择&!"本刊投稿邮箱!!"#$%&’!(&)*(&%!电子技术应用""#$%年第&期自动化与仪器仪表内部转换模式时序如图&所示!当向)*+,"-写入包含通道选择"量程选择"极性选择的控制字时#完成*./转换的初始化!控制字的*01)2/位用来选择内部转换模式和外部转换模式#当写入*01)2/位为%的控制字时#将启动内部转换模式#这里采用内部采样模式#一次转换需要,&个时钟周期#转换周期由芯片内部时钟确定

7、!写入一个写脉冲$34506%可以启动一次转换!当在*./转换期间写入新的控制字时#将中止转换并启动一次新的采样周期!*./转换结束#输出低电平信号789有效#信号4/读取*./转换结果并复位生4/"34"789信号#状态机能连续运行#不断地写命令789信号#完整的一个转换周期结束!字以启动*./转换#然后读出*./的转换结果并同时!"!数据缓存器写入<7<2!时序图见图’!系统采集的数据常常放在数据缓存器中!数据缓存区要求既要有与*./芯片的接口:又要有与系统/6;的接口以提高数据吞吐率#因此常选用双口4*)或<