基于dsp和fpga的高精度数据采集卡设计

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1、芯片应用芯片应用■成都电子科技大学自动化工程学院李晖田书林叶芃基于DSP和FPGA的高精度数据采集卡设计摘要：本文介绍了一种基于DSP和FPGA结构的高精度数据采集卡的设计方法，包括数据采集、数据处理和PCI总线接口设计。数据采集卡使用16位高精度A/D转换芯片AD7676，数字电路部分采用Altera公司的FPGA芯片EP2C8Q208，DSP采用TI公司的TMS320VC5416，而PCI总线接口器件采用了PCI9030。关键词：高精度；信号调理；数据处理；PCI总线接口引言500KSPS的A/D转换器AD7676；进行8通道数

2、据采集，通道可进行当前，许多领域越来越多地要数字系统设计利用FPGA极其灵衰减倍数、采样速度以及放大增益求具有高精度A/D转换和实时处活、可编程的特点，选用Altera公设置。同时提供模拟输出通道，用理功能。同时，市场对支持更复杂司FPGA芯片EP2C8Q208，完成精于实现波形产生和模拟驱动功能。的显示和通信接口的要求也在提度校正和逻辑时序控制；DSP采用能够进行自动校准，保证数据采集高，如环境监测、电表、医疗设备、TI公司的TMS320VC5416，使A/的准确性。PCI总线接口电路采用便携式数据采集以及工业传感器和D转换后的数

3、据在传输到上位机之PLXTechnology公司的PCI总线工业控制等。传统设计方法是应用前，进行数据整理、标记、打包以接口芯片PCI9030,完成数据采集MCU或DSP通过软件控制数据采及数据预处理。数据采集卡可同时和状态、控制信号的传输。集的A/D转换，这样必将频繁中断系统的运行，从而减弱系统的数据运算能力，数据采集的速度也将受到限制。本文采用DSP+FPGA的方案，由硬件控制A/D转换和数据存储，最大限度地提高系统的信号采APP集和处理能力。ICPRLICO系统结构DUCATIO整个采集卡包括信号调理、数TN据采集、数据处理和

4、总线接口设Sof计。系统结构如图1所示。本文设计了具有信号衰减、增益放大和滤波等功能的信号调理电图1系统结构框图路，采用16位精度、最高采样率为ElectronicDesign&ApplicationWorld-NikkeiElectronicsChina131芯片应用芯片应用件的基础上发展起来的。同以往校准电路是本设计的重要环系统硬件电路设计的PAL、GAL等相比，FPGA规节，数据采集卡的高精度性能不仅数据采集模块设计模比较大，适合于时序、组合等逻取决于高分辨率的ADC，在更大程从传感器送来的8路模拟输入辑电路应用。本文选用Al

5、tera公司度上要依靠该数据采集卡优良的自信号通过多路模拟开关ADG507的FPGA芯片EP2C8Q208，完成校准和抗噪声能力来实现。选择进入模拟通道，如果多通道同数据采集卡的时序和地址译码电校准时，DSP发出标准值，经时采集，则采用时分复用方式，由路设计。由于EP2C8Q208有36个D/A和A/D转换后，所采集的数据FPGA依次控制各通道的通断。模M4KRAM，在FPGA内部设计一值与原标准值相比较，取其偏差系式选择开关ADG509为四选一模个16位宽度、4KB深度的FIFO，数组成去噪方程，以实现数据采集拟开关,可分别选择被

6、测模拟信使用FIFO提高数据采集卡对多通卡的自校准。号、标准参考电压值或用于通道校道信号的采集存储能力。FIFO有PCI总线接口电路设计准的、经过DAC转换后的信号进半满、全满、空标志位，当DSP检PCI总线规范十分复杂，其接入后级滤波衰减网络电路。送入测到半满标志位时，FIFO同时读口的实现比较困难。数据采集卡采ADC的信号要先经过低通滤波,以写；全满时只读不写；空时只写不用PCI9030作为用户接口，为PCI滤除高频噪声。滤波电路设计为二读。A/D采样控制信号由DSP通总线接口的开发提供了一种简捷的阶阻容低通滤波器，对频率高于过

7、FPGA控制；DSP对采集后的数方法，只需设计简单的局部总线接50KHz的信号滤波。衰减电路设计据进行进一步处理，以提高精度，口控制电路即可实现PCI总线的高为有源衰减，选用Linear公司的差也具有传统CPU或MCU的功能，速数据传输。使用Altera公司的分放大器LTC1992，可完成输入信对时序、触发、DMA中断请求作QuartusII，使得硬件实现软件化号极性转换,实现单端信号转差分出相应处理。设计，更新了传统的电路设计和调信号,同时通过由FPGA控制继电DSP电路设计试方式，大大缩短了开发周期，特器选通不同的电阻网络调整衰

8、减倍DSP采用TMS320VC5416，别是其设计仿真和定时分析使得设数，可实现对不同电压输入范围信它是16位定点DSP，具有高度的操计更加可靠，确保了系统的正确号的调整，以满足AD7676的输入作灵活性和很高的运行速度，采用性。电压