基于FPGA的高速信號采集.pdf

1、隨著科技的不斷進步，國防、天文、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域經(jīng)常需要對電壓、電流、溫度、壓力、流量等信號進行實時采集，并且對信號采集的實時性要求越來越高。傳統(tǒng)溫度采集方式則是采用單片機或DSP作為控制核心來設(shè)計溫度監(jiān)測系統(tǒng)。然而，這種方式存在一定的缺陷，不能滿足許多高要求的信號采集場合。一方面，此系統(tǒng)的大多數(shù)功能都是通過軟件來實現(xiàn)的，而軟件的運行會占據(jù)一部分系統(tǒng)采樣時間，從而降低系統(tǒng)采集速率;另一方面，系統(tǒng)對復(fù)雜外圍電路的邏輯也不能很好地控制。而現(xiàn)

2、場可編程門陣列(FPGA)具有并行處理性，可控性，處理速度快等特性，因此，以FPGA為控制核心的信號采集系統(tǒng)可實現(xiàn)高速信號采集。
　　本論文主要包含五大部分:第一部分為緒論部分，論述了本設(shè)計的研究背景，國內(nèi)外現(xiàn)狀，以及設(shè)計的主要研究內(nèi)容;第二部分設(shè)計了數(shù)據(jù)采集板硬件電路，主要設(shè)計了溫度信號采集模塊，溫度數(shù)據(jù)顯示模塊，F(xiàn)PGA基本配置模塊，無線通信模塊，電壓采集模塊的硬件電路;在FPGA程序設(shè)計部分，依次對AD9280電壓采集模塊，

3、DS18B20的溫度采集模塊，數(shù)據(jù)緩存模塊，數(shù)據(jù)無線發(fā)送模塊等進行了控制設(shè)計;第四部分為PC軟件設(shè)計，以Labview為設(shè)計平臺，設(shè)計出PC監(jiān)控系統(tǒng);最后，進行了系統(tǒng)調(diào)試，先對系統(tǒng)的硬件部分進行測試，之后將系統(tǒng)的軟硬件結(jié)合，對整個系統(tǒng)進行了可靠性測試。
　　本論文給出了系統(tǒng)采集部分的控制原理，對數(shù)據(jù)顯示控制核，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換控制核進行仿真，并對整個溫度采集電路進行了驗證;設(shè)計出了AD9280電壓采集的控制核，并對其進行實際驗證;結(jié)合FI

4、FO的工作原理，設(shè)計了同步FIFO作為采集系統(tǒng)的存儲模塊;詳細描述了在線配置藍牙模塊相關(guān)參數(shù)的方法，并基于藍牙模塊無線通信的原理，給出了藍牙通信的程序設(shè)計，同時對通信控制核進行了仿真;設(shè)計了以FPGA為核心的整個溫度采集硬件控制電路的頂層模塊，對系統(tǒng)硬件控制部分中的子模塊進行了模塊互連，對其進行測試;設(shè)計了PC監(jiān)控端，并結(jié)合硬件控制電路進行了反復(fù)測試，將采集到的數(shù)據(jù)傳給PC端進行分析，最后完成了高速信號采集的無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計。
　

5、　系統(tǒng)采用FPGA芯片EP2C8Q208C8N來搭建整個系統(tǒng)的硬件控制電路，舍棄了傳統(tǒng)的傳感器搭配外圍電路的思想，直接采用智能傳感器與FPGA相結(jié)合的方式。此外，系統(tǒng)中的存儲器采用FPGA的內(nèi)部資源(FIFO)，可以在線配置。在藍牙2.0模塊的基礎(chǔ)上搭建無線傳輸模塊，在Labview的平臺上設(shè)計了PC監(jiān)控端。以這樣的思路搭建系統(tǒng)的硬件部分大大地降低了采集系統(tǒng)的復(fù)雜性。系統(tǒng)經(jīng)過反復(fù)測試，測試結(jié)果表明該設(shè)計適用于精度為0.5℃的無線實時監(jiān)控