基于FPGA的高速数据采集器设计基于FPGA的高速数据采集器设计-word文档网

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摘要

随着科学技术的发展，人们对客观世界的探索不断加深，对数据信号的采集要求不断提高。现在，数据采集技术向更快的速度，更高的分辨率，更宽的输入范围发展。而且，数据采集系统是大部分信号处理系统的最前端，如何正确地、实时地和精确地采集进需要的数据是首先要攻破的难题，如果在采集上出现了问题，那么后级的系统就很难做出正确的判断以及反馈相应控制信息，所以采集系统是整个信号处理系统中的重中之重。传统的数据采集系统，在速度上，在容量上已经难以跟上时代的要求。

本设计重点设计了一个基于FPGA的高速数据采集系统解决方案。系统支持八路模拟信号输入同时也提供多量程切换功能,可按需要选择1倍,10倍,100倍增益,结合各种模拟输入处理和高达1Mhz采样频率的A/D转换器，达到高输入范围，高速的，高分辨率的采集目标，FPGA作为整个系统的控制中心,负责给各个模块发送控制信号,通过它，采集的通道切换，量程的改变等等均能够用上位机轻松地控制。

关键字 :数据采集、FPGA、高速A/D转换

摘要 I

Abstract II

1前言 - 1 -

1.1设计背景 - 1 -

1.2数据采集系统的历史与发展 - 2 -

1.3 国内外研究现状 - 2 -

1.4 本设计的意义与任务 - 2 -

2采集系统中的关键技术 - 3 -

2.1采样原理 - 3 -

2.2 FPGA 技术 - 5 -

2.3 FIFO 存储器 - 6 -

3数据采集系统系统设计 - 9 -

3.1系统的总体设计 - 9 -

3.1.1方案的选择 - 9 -

3.1.2 系统结构框图 - 9 -

3.1.3 关键器件的选型 - 10 -

3.1.1.1 AD芯片的选择 - 10 -

3.1.1.2 FPGA的选择 - 11 -

3.1.4 开发工具 - 12 -

3.2 模拟信号的输入 - 12 -

3.2.1 八路模拟开关的使用 - 12 -

3.2.2 量程控制模块 - 13 -

3.3 采样转换模块的实现 - 15 -

3.3.1 电平移位电路 - 15 -

3.3.2 A/D转换电路 - 16 -

3.3.3 配置基准电压 - 17 -

3.3.4 数值转换计算 - 19 -

3.4 FPGA控制模块的实现 - 19 -

3.4.1 FPGA开发流程 - 19 -

3.4.2 时钟管理 - 20 -

3.4.3 读取A/D结果 - 22 -

3.4.4 FIFO的操作 - 22 -

3.4.5 传输模块 - 25 -

4调试与问题 - 27 -

4.1 调试环境 - 27 -

4.2 调试问题与解决办法 - 27 -

4.3 测试结果 - 30 -

5 总结与展望 - 31 -

5.1 总结 - 31 -

5.2 展望 - 31 -

致谢 - 32 -

附录 - 34 -

附录一:原理图 (模拟部分) - 34 -

附录二:PCB (模拟部分) - 35 -