基于FPGA的数据采集与处理系统设计

【摘要】数据采集是获取信息的基本手段,在现代工业生产和科学研究中有着十分广泛的应用。传统的数据采集器主要由分立元件或单片机构成,存在着可靠性差、运行速度慢等缺点,满足不了现场数据采集高速度、高精度、高实时性等方面的要求,由此采用超大规模、超高速的现场可编程逻辑器件FPGA来提高数据采集器的速度、精度和实时性成为当前数据采集器发展的需求。本文在分析国内外数据采集器发展现状的基础上,对数据采集的实现方法进行了研究,提出了一种基于FPGA的数据采集与处理系统的设计方案,并选择了低功耗、低成本、高性能的FPGA芯片EP1C6Q240作为控制核心,实现了一种区别于传统结构的、更为快速、更为便携的数据采集与分析系统。本系统在硬件电路设计时分别设计了FPGA控制模块、信号调理电路模块、A/D模数转换电路模块、人机交互模块和串口通信模块。其中,FPGA控制模块作为系统的核心,用来完成整个系统的时序控制、外围电路驱动、实现数据的缓存和处理；信号调理电路本系统采用了AD603构成了程控放大电路,它同TLC5510芯片构成的A/D模数转换电路共同实现数据的采集；系统采集到的数据既可通过由液晶显示器LCD12864构成的人机交互系统实时显示,也可通过由MAX232芯片组建的串口通信电路传送给PC机,实现更为复杂的处理和更大容量的存储。本系统的软件设计主要是对FPGA内部模块的设计,设计过程中,使用了Altera的QuartusII平台,采用VHDL语言,描述了A/D模数转换器控制模块、FIFO存储器模块、FFT数据处理器模块、串口通信控制器模块、液晶显示控制器模块与按键控制器模块,并对各个模块进行了功能、时序上的仿真,仿真结果表明各个子模块都能完成相应功能及对应电路的驱动。本文设计的数据采集与处理系统充分发挥了FPGA的性能优点,设计的整机系统具有成本低、性能高、体积小等特点,在使用TLC5510芯片的条件下,可实现最高采样频率为12MHZ的信号采样存储和数据处理功能。同时,本文论述的工作对实现高速度、低成本、便携式数据采集与处理系统具有很好的铺垫作用。
【作者】刘怿恒；
【导师】万青；蒋爱国；
【作者基本信息】湖南大学，电子与通信工程，2013，硕士
【关键词】FPGA；数据采集；信号调理；模数转换；VHDL；快速傅利叶变换；FIFO；

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