基于FPGA的高速信号采集与处理系统

论文摘要

近年来,随着科学技术的发展,数字信号处理技术在各个领域得到了广泛的应用。人们以往通常使用DSP和ARM来对信号进行采集和处理,但由于DSP和ARM的许多功能都是靠软件来完成,整个软件的运行需要占采样时间的一部分,再加上它们不能很好地控制复杂的外围硬件电路的逻辑。使得它们在高速数据采集和处理上具有很大的缺陷。现场可编程门阵列(FPGA)具有实时性、可控制性和处理速度快等特点,它的出现使得高速数字信号的采集和处理变得越来越容易。本文设计了基于FPGA的高速信号采集板,并把所采集的信号数据在FPGA的开发板DE2上接收、验证和处理。在本课题中,设计的主要内容包括:1.精心选择A/D采样芯片,设计高速信号采集电路板。2.详细简绍FFT的工作原理,并在MATLAB下进行仿真说明。3.简绍关于FPGA方面的知识和设计所用的开发软件Quartus II 8.0。4.接收并验证所采集的高速信号,并对其做FFT变换。试验结果表明,使用FPGA能对高速的信号进行准确的采集和处理。整个系统的设计具有实时性好,精度高和可修改性强的特点,可以满足高数信号的采集和处理的需要,为从事高速信号采集和处理的相关人员提供了良好的方法和手段。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本论文的主要工作
• 第二章 FPGA 技术
• 2.1 FPGA 概述
• 2.1.1 FPGA 的特点
• 2.1.2 FPGA 的基本结构
• 2.2 FPGA 的编程工艺
• 2.3 DE2 开发平台
• 2.4 选用的FPGA 芯片
• 2.5 使用开发的软件Quartus II 8.0
• 第三章 高速信号采集电路板的设计
• 3.1 设计概述
• 3.2 电源端的设计
• 3.3 时钟晶振
• 3.3.1 时钟抖动问题的解决
• 3.3.2 晶振的选取
• 3.4. A/D 采样芯片
• 3.4.1 ADS825 简介
• 3.4.2 ADS825 管脚
• 3.4.3 A/D 时序
• 3.5 电路调试
• 3.5.1 模拟信号部分
• 3.5.2 数字部分
• 3.6 采集板与DE2 开发平台的连接
• 第四章 数字信号处理
• 4.1 快速傅里叶算法（FFT）
• 4.1.1 DFT 的意义
• 4.1.2 FFT 算法原理
• 4.1.3 DIT-FFT 运算效率
• 4.2 FFT 算法分析与其在MATLAB 下的仿真
• 4.3 FFT ip core
• 4.3.1 ip core 的概念
• 4.3.2 FFT ip core 的简介
• 4.4 FFT ip core 与其仿真实现
• 4.4.1 DSP Builder 介绍
• 4.4.2 FPGA 上实现数字信号处理
• 4.4.3 仿真实现
• 第五章 实际信号的采集与实时处理
• 5.1 系统总体硬件框图
• 5.2 Signaltap Ⅱ
• 5.3 Quartus Ⅱ工程
• 5.4 实时信号的采集
• 5.5 实时信号的验证
• 5.6 各种采集信号的显示
• 5.7 采集信号的频谱分析
• 5.7.1 QuartusⅡ下FFT ip core 仿真
• 5.7.2 实时信号的FFT 变换
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的科研成果
• 致谢
• 附录