高速数据采集系统的设计与实现

论文摘要

高速数据采集在军用民用领域都有着广泛的应用。本文结合具体的工程项目,研究设计并实现一个导引头高速射频数据采集系统,该系统是导弹导引头信号采集及预处理测试平台的一个组成部分。导引头是导弹上的关键装置,为了缩短导引头信号处理器的开发周期、降低开发成本,针对对不同型号、不同体制导引头对信号处理要求的共同特征,针对不同体制导引头的研发,需要设计一个导引头信号采集及预处理测试平台。本文在此背景下,研究了导引头射频高速数据采集的设计与实现问题。首先介绍了高速数据采集系统的基本原理,分析指出了高速数据采集研究中面临的主要问题,随后结合导引头射频高速数据采集系统实例,从硬件和软件两个角度,具体给出了在导引头射频高速数据采集的设计和实现过程。在硬件设计部分,对于高速数据采集系统硬件设计中的关键因素:采集前端电路、时钟电路、布局布线、电源等部分的设计与实现过程进行了详细的分析和阐述。在软件设计部分,详细介绍了FPGA内部的相关程序的设计方法,主要包括:ADC控制单元设计、高速FIFO的设计、时钟芯片控制单元设计,USB通讯单元设计等。最后介绍了该采集系统的测试方法,并在实际项目中通过测试,测试表明,本文设计方案具备协调、易操作、简洁和稳定等优点,并对未来的工作和研究方向进行了规划。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 高速数据采集的现状及研究意义
• 1.2 高速数据采集研究中面临的问题
• 1.3 论文的研究方法和内容
• 第2章 高速数据采集系统简介
• 2.1 高速数据采集系统的基本原理
• 2.1.1 高速数据采集系统结构和组成
• 2.1.2 模数转换原理
• 2.1.3 核心器件高速ADC 介绍
• 2.2 高速数字电路的设计原则
• 2.3 应用实例
• 2.3.1 任务背景
• 2.3.2 技术指标
• 第3章 实例硬件设计
• 3.1 高速ADC
• 3.2 FPGA
• 3.3 ADC 前端设计
• 3.4 ADC 时钟电路设计
• 3.4.1 ADC 时钟对系统的影响
• 3.4.2 ADC 时钟的设计方案
• 3.5 电源设计
• 3.5.1 AAT1154
• 3.5.2 TPS79601
• 3.5.3 TPS62040
• 3.6 系统PCB 设计
• 3.6.1 混合信号PCB 设计注意事项
• 3.6.2 布局
• 3.6.3 布线
• 3.6.4 电源地设计
• 第4章 实例软件设计
• 4.1 总体设计
• 4.2 ADC08D500 的控制
• 4.2.1 ADC08D500 控制模式
• 4.2.2 控制管脚分析
• 4.2.3 工程中的应用
• 4.3 高速FIFO 的实现
• 4.3.1 介绍
• 4.3.2 特点
• 4.3.3 应用
• 4.4 ICS8430串行命令控制器
• 4.4.1 介绍
• 4.4.2 应用
• 4.5 脉标发生器
• 4.6 USB 接口设计
• 4.6.1 数据包
• 4.6.2 帧结构
• 4.6.3 USB 芯片的选择
• 4.6.4 EZ-USB FX2 端点缓冲区
• 4.6.5 EZ-USB FX2 的控制端点0
• 4.6.6 从属FIFO 模式
• 4.6.7 固件程序
• 4.6.8 FPGA 内USB 控制模块设计
• 第5章 结论
• 5.1 系统测试与性能评估
• 5.1.1 测试系统组成
• 5.1.2 采样测试
• 5.1.3 系统抖动性能测试
• 5.2 对未来工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果