应用FPGA的高速数据采集的设计与实现

论文摘要

随着计算机技术的突飞猛进以及移动通讯技术在日常生活中的不断深入,数据采集不断地向多路、高速、智能化的方向发展。本文针对此需求,实现了一种应用FPGA的多路、高速的数据采集系统,从而为测量仪器提供良好的采集数据。本文设计了一种基于AD+FPGA+DSP的多路数据采集处理系统,针对此系统设计了基于AD9446的模数转换采集板,再将模数转换采集板的数据传送至基于FPGA的采集控制模块进行数据的压缩以及缓冲存储,最后由DSP调入数据进行数据的处理。本文的设计主要分为两部分,一部分为模数转换采集板的设计与调试,另一部分为采集控制模块的设计与仿真。经设计与调试,模数转换模块可为系统提供稳定可靠的数据,能稳定工作在百兆的频率下;采集控制模块能实时地完成数据压缩与数据缓冲,并能通过时钟管理模块来控制前端AD的采样,该模块也能稳定工作在百兆的频率下。该系统为多路、高速的数据采集系统,并能稳定工作,从而能满足电子测量仪器的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究背景
• 1.3 论文内容及作者所做的工作
• 第二章 应用FPGA 的高速数据采集系统的架构
• 2.1 数据采集系统概述
• 2.1.1 数据采集的基本流程
• 2.1.2 数据采集的基本理论
• 2.2 仪器用多路高速数据采集系统简介
• 2.3 高速数据采集的三种实现方法
• 2.3.1 应用单片机的数据采集系统的实现
• 2.3.2 应用 DSP 的数据采集系统的实现
• 2.3.3 应用 FPGA 的数据采集系统的实现
• 2.4 应用FPGA 的高速数据采集系统的架构
• 2.4.1 模数转换采集板的工作原理
• 2.4.2 采集控制模块的工作原理
• 2.5 小结
• 第三章 模数转换采集板的硬件设计
• 3.1 模数转换芯片的工作原理
• 3.1.1 AD9446 的内部结构
• 3.1.2 AD9446 的工作时序
• 3.1.3 参考电压的选择
• 3.2 模数转换采集板的原理图设计
• 3.2.1 输入调理电路的设计
• 3.2.2 时钟产生电路的设计
• 3.2.3 量程指示电路的设计
• 3.2.4 电平转换电路的设计
• 3.2.5 电源电路的设计
• 3.3 模数转换采集板的 PCB 设计
• 3.3.1 高速 PCB 设计简介
• 3.3.2 采集板 PCB 的设计
• 3.3.3 采集板 PCB 的调试
• 3.4 小结
• 第四章 基于 FPGA 的采集控制模块的设计
• 4.1 FPGA 的工作原理及选型
• 4.1.1 FPGA 的基本结构
• 4.1.2 FPGA 的配置流程及配置方式
• 4.1.3 FPGA 的设计流程
• 4.1.4 FPGA 的选型
• 4.2 FPGA 采集控制模块的原理图设计
• 4.2.1 电源的设计
• 4.2.2 配置电路的设计
• 4.3 FPGA 采集控制模块的软件设计及仿真
• 4.3.1 接口电路与采样时钟的设计
• 4.3.2 数据缓冲模块的设计与仿真
• 4.3.3 数据压缩模块的设计与仿真
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间研究成果
• 附录 A