基于FPGA的高速信号采集平台设计.pdf

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1、2011年第30卷第9期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)797＼设计与制造(I’0《、基于FPGA的高速信号采集平台设计綦磊。，张涛，梅玮，葛利俊，刘溢，李盛杰(1．天津大学电气与自动化工程学院天津市过程检测与控制重点实验室，天津300072；2．渤海石油装备承德石油机械有限公司，河北承德067000)摘要：提出了一种基于FPGA的高速信号采集实现方法，具体描述了采样、储存、通信等模块的设计。模块功能全部基于VHDL硬件描述语言，并通过有限状态机来实现，增强了设计的灵活性，降低了成本。给出了信号采集的实验结果，证明该平台能够

2、稳定可靠的工作。关键词：现场可编程门阵列；有限状态机；高速A／D转换器；串口通信中图分类号：TP216文献标识码：A文章编号：1000-9787(2011)09-0079--03Designofhigh—speedsignalacquisitionplatformbasedonFPGAQILei，ZHANGTao，MEIWei。，GELi．jun，LIUYi，LISheng-jie(1．TianjinKeyLaboratoryofProcessMeasurementandControl，SchoolofElectricalEngineering&Automation，Tianjin

3、University，Tianjin300072，China；2．CNPCBohaiEquipmentChengdePetroleumMachineryC0．Ltd，Chengde067000，China)Abstract：Amethodforhigh—speedsignalacquisitionbasedonFPGAisproposed，andthedesignofsampling，storageandcommunicationmoduleisdescribedindetail．ThefunctionofthemoduleisdesignedbasedonVHSIChardwar

4、edescriptionlanguage(VHDL)，andthefinitestatemachineisused，whichnotonlyenhancestheflexibilityofdesign，butalsoreducesthecosts．Anexperimentalresultofthesignalacquisitionisgivenanditisprovedthatthehigh—speedsignalacquisitionplatformcanworksteadilyandreliably．Keywords：fieldprogrammablegatearray(FPG

5、A)；finitestatemachine；high—speedA／Dconvener；serialcommunication0引言状态机存入FPGA的FIFO缓存中，再通过UART模块完成对信号进行A／D采样，传统的方法多数是用CPU或单与上位机的串口通信。片机完成的，其优点是编程简单，控制灵活，但缺点是控制周期长，速度慢，极大地限制A／D高速芯片性能的利用J。例如：使用MSP430系列单片机，采样频率最高才300kHz左右，而常见的A／D高速芯片采样频率都在几十兆以上。近年来，高速A／D采样卡也得到应用，但其昂贵的图1信号采集与处理框图Fig1Blockdiagramofsig

6、nalacquisitionandprocessing价格限制了其应用空间。而FPGA的时钟频率可达该设计实现三键控制，分别为系统复位键、写信号功200MHz以上，且价格很低廉，并容易实现对信号的采样存能键、读信号功能键。按下系统复位键后，整个系统完成初储和与上位机的通信。本文利用FPGA设计一高速信号采集平台，并在天津大学编码激励超声流量测量系统。。中得始化。写信号功能键实现A／D采样和存储功能，数据存满以应用。后，写信号存满指示灯亮。读信号功能键实现将存储器内1总体硬件电路设计部存储数据经UART上传到上位机中。在整个过程中，VB信号采集与处理框图如图l所示。模拟信号经高速模数

7、据采集程序保持运行状态。数据上传结束后，上位机存数转换芯片TLC5510转换为数字信号，通过A／D采样控制储数据并做最后数据处理。收稿日期：2011-01—13基金项目：国家“863”计划重点资助项目(2008AA042207，2008-2010)80传感器与微系统第30卷2采样存储模块设计采样存储模块在数字电路系统中，有限状态机是一种十分重要的时序逻辑电路模块，它对数字系统的设计具有十分重要的作用，可以认为有限状态机是组合逻辑和时序逻辑这两者蓊的巧妙结合。有限状态机