基于FPGA的数据采集系统

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当今,在电气测控中往往需要对模拟信号,数字信号进行采集。平时我们用的MCU(51系列,AVR系列,PIC系列)和DSP往往因为采集数据量大而不能完全满足我们的需要。现在众多测控公司采用的是FPGA(现场可编程逻辑器)采集数据。FPGA的优点:众多的I/O口,资源众多,可自由编程支配,接口众多方便连接。

FPGA主要厂商Altera公司和Xilinx公司。本系统中的FPGA是采用Altera公司的EP1C20F400。

1. 系统部件:FPGA芯片区,多路选择与A/D采样电路,时钟电源,PROM程序下载电路,W5300以太网芯片等部分。

 FPGA  图一 结构示意图

  1.     2. EP1C20F400特点分析与资源分配:

该系统内核采用1.5V供电,I/O口为3.3V供电。内部划分为四大部分

(a) FPGA逻辑运算:用来接收数据,并对接收而来的数据进行处理。

(b) A/D控制:进行A/D采样。

(c) 数字量检测:实现数字量输出的控制、数字量输入的存储、数字量输入状态变化识别(中断输入)。

(d) 接口逻辑:与CPU的接口,便于PCI,VXI及其他总线的连接。

  1.     3. 模拟量采集:

该系统用的是A/D芯片AD976A。多路模拟量是通过AD438的多路开关后输入到AD976A芯片的。A/D采样部分可分为:寄存器组、时钟发生模块、采样控制状态机、数据存储模块。

  1.     4. 数字量采集:

主要完成数字量的采集与存储。

FPGA2

图二 数字采集与存储原理图

  1.     5. 以太网接口

本系统采用WIZNET以太网芯片W5300以便以太网通信。采用W5300的16位总线接口方式。

 

 FPGA3

                              图三 W5300的接口电路

       总结:在ASIC,DSP,FPGA三足鼎立的时代,由于FPGA更具灵活性,接口方便,在高速类型中小型项目FPGA占有显著优势。现在项目中大多要求以太网通信,W5300集成TCP/IP协议栈,为以太网通信减少了很大工作量。

 

作者:浩然电子唐海峰

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