基于FPGA的多通道A/D板控制及通信模块设计

论文摘要

随着社会的快速进步和现代科学技术的高速发展,数据采集及其处理技术在人类生活的各个领域应用的是越来越多,并且在现代工业生产及科学研究中的地位也是越来越重要。由于电子技术的发展和科学研究的需要,单路AD数据采集已经不能再满足人们的要求,对于在雷达信号、瞬态测量和一些需要同时对相关信号进行测量的时候,多通道的数据采集并处理才能有更好的性能。并且对于迅猛发展的现场可编程器件FPGA,其相对于使用DSP有更多的性能优点。本文基于FPGA,设计了一数据采集卡,对32通道的模数转换器的信号进行采集并进行分析。首先,对数据采集的基本理论和现状做了简单的介绍,并说明了本文的主要研究内容和章节结构。然后,对基于FPGA的多通道数据采集卡的硬件电路进行了详细的设计。具体包括模数转换器电路模块、FPGA及其外围电路模块、光纤接口电路模块和电源电路模块。数据采集部分能够对模数转换器AD7723进行控制,包括内外时钟的选择、内外触发等。每个电路模块都给出了具体的电路的设计原理图,并且给出了硬件电路的PCB图。其次,对模数转换器的输出数据格式和FPGA内部的FIFO应用做了详细的介绍,并对FPGA的设计流程做了简要的了解。并基于此在FPGA软件开发平台上对通信模块进行了设计开发,并给出了功能仿真和时序仿真结果。最后,对所完成的工作做了总结,并提出了进一步需要改进的地方。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.2 国内外相关领域的研究现状及分析
• 1.3 本文研究内容及结构
• 第2章 硬件电路的设计
• 2.1 模数转换器AD7723 电路模块设计
• 2.1.1 模拟输入
• 2.1.2 时钟信号的产生
• 2.1.3 串行接口
• 2.1.4 AD7723 模块电路图
• 2.1.5 AD7723 与FPGA的连接
• 2.2 FPGA电路模块设计
• 2.2.1 I/O引脚的分配
• 2.2.2 FPGA的配置电路
• 2.3 SFP模块接口设计
• 2.4 电源电路模块的设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 PCB设计
• 3.1 PCB封装库的制作
• 3.2 PCB设计
• 3.2.1 PCB布局前期工作
• 3.2.2 PCB布局
• 3.2.3 PCB设计布线
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于FPGA的通信模块的设计与实现
• 4.1 AD7723 传输串行数据简介
• 4.2 通信模块中FIFO应用
• 4.2.1 FIFO简介
• 4.2.2 FIFO模块的扩展
• 4.3 通信模块的仿真
• 4.3.1 功能仿真
• 4.3.2 后仿真
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢