资源描述：
《基于fpga_dsp的高速数据采集系统设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第30卷第4期吉首大学学报(自然科学版)Vol.30No.42009年7月JournalofJishouUniversity(NaturalScienceEdition)Jul.2009文章编号:1007-2985(2009)04-0065-043基于FPGA+DSP的高速数据采集系统设计杨永东,曾庆立(吉首大学物理科学与信息工程学院,湖南吉首416000)摘要:介绍了1种基于FPGA和DSP的高速数据采集系统的设计和实现,其FPGA采用Altera公司ACEX1K系列的EPIK5OTC144_3器件,DSP芯片采用TI公司TMS320系列的TMS320C6713器件.该系统将A/D采样的
2、数据送往FP2GA,经过FPGA预处理后送到DSP,最终通过USB接口送到主控台,其系统的数据采集的实时速度最高可达到100MB/s,适用于大部分的高速数据采集场合.关键词:高速数据采集;FPGA;DSP;AD9446中图分类号:TP29文献标识码:A随着现代测试技术的发展,要求能够对各类微弱信号、高频信号以及复杂信号进行快速、精确的测量、记录和处理,对数据采集系统的采样速率、精度、存储量、处理速度等提出了越来越高的要求.高速数据采集系统广泛应用于图像信号采集、雷达、通信、遥测遥感、医学成像等技术领域.以MCU为控制器的数据采集系统中,数据采集频率直接受到MCU速度的限制.以FPGA/CP
3、LD为代表的可编程逻辑器件以其工[1]作稳定、速度快、灵活的可编程能力等特点越来越受到人们的广泛应用.笔者设计了1种基于Altera公司的ACEX1K系列FPGA器件EPIK5OTC144_3和TI公司TMS320系列DSP器件TMS320C6713的数据采集系统,其中高速A/D采样器件采用了AD公司的AD9446,实现了高速数据采集、处理和传输.1系统总体设计数据采集系统硬件原理框图如图1所示,由图1知:信号调理电路对输入信号进行预处理,处理后的模拟信号通过A/D转换器进行模数转换,FPGA一方面控制A/D转换的时序,另一方面预处理、暂存及传送转换后的数字信号,数字信号送入DSP做相应的
4、算法处理,处理后结果可通过LCD显示,也可图1系统硬件原理框图通过USB传输到PC机.1.1FPGA芯片[2]本设计中FPGA选用Altera公司的ACEX1K系列器件EPIK5OTC144_3.FPGA在高速数据采集方面有单片机和DSP无法比拟的优势:时钟频率高,内部时延小;全部控制逻辑由硬件完成,速度快,效率高;组成形式灵活,可以集成外围控制、译码和接口电路.在本系统中,FPGA主要实现以下几个功能:对A/D的控制、底层信号预处理、数字信号暂存、与DSP进行接口.底层的信号预处理算法要处理的数据量大,对处理速度要求高,但算法结构简单,适用于FPGA进行硬件编程实现.经过底层预处理之后的
5、数据[3]送往FPGA内部的FIFO,由DSP通过EMIFA口以EDMA的方式读取,然后进行处理.3收稿日期:2009-05-01作者简介:杨永东(1966-),男,湖南古丈人,吉首大学物理科学与信息工程学院高级实验师,主要从事电路与系统研究.66吉首大学学报(自然科学版)第30卷1.2DSP芯片本设计中DSP选用了美国德州仪器(TI)公司推出的TMS320LF2407A数字信号处理器,这款DSP通过把1个高性能的DSP内核和微处理器的片内外设集成为1个芯片的方案,使得其成为传统的微控制单元(MCU)和昂贵的多片设计的1种廉价的替代产品.它将TI公司的高性能16位DSP核C2xLP和丰富的
6、功能外设电路集成在单个芯片上,为设计小体积、低功耗、高可靠性、高性能的控制系统提供了方便,同时也使系统的整体成本大大降低,TMS320LF2407A体系结构如图2所示.DSP的控制主要针对接口管理、数据上传、系统状态设定、中断处理等,这些控制对时间的要求没有FPGA实现的采样数据存储控制那么高,但是DSP强大的数字信号处理和控制功能可以方便地实现一些FPGA难以实现的功能.目前的DSP芯片价格并不贵,与高图2TMS320LF2407A体系结构图性能单片机相比有着良好的性价比,适于做高速数[4]据采集系统控制芯片.2单元电路设计2.1信号调理电路在数据采集系统中信号调理电路的主要作用是实现对
7、信号的放大、衰减以及阻抗匹配,使输入信号满足A/D转换器的幅度要求,同时也扩大了输入信号的幅度范围.模拟信号处理是影响系统性能的重要因素之一,设计时必须考虑2个方面:保证信号质量,提高信噪比,尽量减少畸变;将信号变换成适合A/D处理的幅度并提供足够的驱动能力.笔者选用了AD公司生产的高精度、低噪音、低输入偏置电流场效应放大器AD8610和AD8620,它们都具有超低的失调电压和漂移、极低的输入电压及电流噪声、低输入偏置电
