高速大数据采集系统设计

1、实用标准文案基于FPGA和SoC单片机的高速数据采集系统设计一.选题背景及意义随着信息技术的飞速发展，各种数据的实时采集和处理在现代工业控制和科 学研究中已成为必不可少的部分。 高速数据采集系统在自动测试、 生产控制、通 信、信号处理等领域占有极其重要的地位。 随着SoC单片机的快速发展，现在已 经可以将采集多路模拟信号的 A/D转换子系统和CPU核集成在一片芯片上，使整 个数据采集系统几乎可以单芯片实现，从而使数据采集系统体积小，性价比高。 FPGA为实现高速数据采集提供了一种理想的实现途径。利用FPGA高速性能和本 身集成的几万个逻辑门和嵌入式存储器块，把数据采集系统中的数据缓存和控制 电

2、路全部集成在一片FPGA芯片中，大大减小了系统体积，提高了灵活性。FPGA还具有系统编程功能以及功能强大的 EDA软件支持，使得系统具有升级容易、开 发周期短等优点。.设计要求文档设计一高速数据采集系统，系统框图如图 1-1所示。输入模拟信号为频率200KHz Vpp=0.5V的正弦信号。采样频率设定为25MHz通过按键启动一次数据 采集，每次连续采集128点数据，单片机读取128点数据后在LCD模块上回放显示信号波形LCD哼決键雄C8O51F36C单片机匚a高速僖号-ADC调理咬拟 信号图1-1高速数据采集原理框图三. 整体方案设计高速数据采集系统采用如图3-1的设计方案。高速数据采集系统由

3、单片机最小系 统、FPGA最小系统和模拟量输入通道三部分组成。输入正弦信号经过调理电路 后送高速A/D转换器，高速A/D转换器以25MHz的频率采样模拟信号，输出的数 字量依次存入FPGA内部的FIFO存储器中，并将128字节数据在LCD模块回放显 示。I | | i irFPG丸於小招统200kHz Vpp-0r5V it弦佰号图3-1高速数据采集系统设计方案四. 硬件电路设计1.模拟量输入通道的设计模拟量输入通道由高速A/D转换器和信号调理电路组成。信号调理电路将模拟信 号放大、滤波、直流电平位移，以满足 A/D转换器对模拟输入信号的要求。2.高速A/D转换电路设计五. FPGA模块设计本

4、设计的数据缓冲电路采用 FIFO存储器。FIFO数据缓冲电路原理如图5-1FIFO进捺缓沖电埒高速A/D转换器单片机总小系统L图5-1 FIFO数据缓冲电路原理FIFO的写端口的数据线与ADS931的数据线直接相连，FIFO的写时钟和ADS931 采用同一时钟信号CLK0 FIFO的读端口与单片机并行总线相连，数据输出端口 加了三态缓冲器。地址译码器的片选信号CS1和读信号RD相或非后作为FIFO的读时钟电路和三态缓冲的使能信号。FIFO数据顶层原理图如图5-2。图5-2 FIFO数据顶层原理图六. F360单片机模块设计主程序完成C8051F360单片机初始化、检测有无按键输入等功能。在此系

5、统中我们加入了一个频率测试显示功能。主程序流程图如图6-2。LCD显不初蛤翠宜浪示计算坝半图6-2 主程序流程图主程序源代码如下:void mai n()uchar xdata *addr1;uint i;float f,ts;uchar fuzhi;int up,dow n,m, n;up=0;dow n=0;m=0;n=0;ts=0.04;InitDevice();/F360 初始化InsitiLcd();/LCD 模块初始化DispHa n(ha nzi10,0x80,0x10);DispHa n(ha nzi11,0x92,0x08);DispHa n(ha nzi12,0x8a,0x

6、08);DispHa n(ha nzi13,0x98,0x08);DispHa n(ha nzi14,0x9c,0x08);addr仁LEDENCS;*addr仁0x01;START=0;EOC=1;while(1)if (keysig n = 1)keysig n = 0;if(keycode=0x00) /k0 键START=1;while(EOC=0); /等待数据采集完START=0;addr 仁 CS1;while(EOC=1) /等待读出第一个有效数据WaveData0=*addr1;for(i=1;i3)if(WaveDatai=WaveDatai-2) up=1;if(Wave

7、Datai64)for(i=m-5;i=1;i-)if(WaveDatai=WaveDatai-2) dow n=1;if(WaveDataiv=WaveDatai-2)&( dow n=1) dow n=0;n=i-1;elsefor(i=m+5;i=WaveDatai+2) dow n=1;if(WaveDatai=n) f=1/(4*(m-n)*ts);else f=1/(4*( n-m)*ts);fuzhi=WaveDatam-WaveData n;In sitiLcd();ShowWave();if(keycode=0x01)/k1 键In sitiLcd();DispHa n(han zi15,0x90,0x06);xiaoshu(f,0x93);DispHa n(han zi17,0x96,0x03);/DispHa n(han zi16,0x8a,0x06);七. 系统调试与结果将各个模块连接后，进行调试。首先在 LCD上显示如图7-1的界面。图7-1 LCD初始界面在信