FPGA多路高速数据采集系统设计精品资料

1、FPGA多路高速数胡深集系,统设计）介绍了一种基于FP'GA的多路高速数据采集系统该系统主要由信号调理电路、DDC112组成的A/D转换电路、FI二0存储器、FP,GA等部分组成0该系统可以同步采集多路数据极大地提高了系统的数据采集和传输速度01刖今年全国煤矿共发生瓦斯事故7起死亡23人0这些事故其中一部分原因是由于瓦斯抽采不到位造成的0在井下由于受环境、生产、温度、地形、设备等影响瓦斯数据不易准确地被采集并实时传输到地上从而影响了对井下瓦斯浓度的判断0为了克服一股的数据采集电路中采集的信号种类周止、通道数少、不台匕目匕实时传输、使用范围小等缺占八、本文设计了一种基于FPGA的多路高速

2、数据采集系统该系统主要由信号调理电路、A/D转换电路、FIFO存储器、FPGA等部分组成0使用FPGA对系统进行控制使整个系统台匕目匕够实时地传送大县里的数据并存盘极大地拓宽了该系统的使用范围(皮代军张海勇等基于集系统设计:现代电子2系统组成该数据采集系统的原理要包括信号调理电路路FII二0存储电路、FPUS§总线传输接口等部分2.1信号调理电路信号调理电路主要由可波电路组成0可编程增器采集到的微弱信号数证数据采集的占兀整性0用PGA202./203，0根据增范方式可实现18中0数0该放大倍数占兀全台匕目匕滤波电路的作用是将放波滤掉噪声以及不在保证数据采集的准确性通用开关电容有源滤波

3、是:配有滤波器设计软FP>GA的高速实时数据采技术2009）。框图如图1所示主DDC11：2组成的A/D转换电1GA时序控制电路以及组成0编程增放大电路和滤放大电路主要将传感据进行比例放大以保可编程增放大器可采围的不同采用级联的等16种不同的放大倍满足数据采集的要求0大后的信号进行滤采集范围内的信号以0滤波电路可选用MAX26器0该滤波器的特占八、件可改善滤波特性且带有微处理器接口心频率和品质因数Q可围为751(Hz满足数据采2.2/D转换电路信号调理电路输出的信行存储必须转换成数换器0选用A/D转换器要如分辨率、转换速率、满刻度二口差、线性度等系统的需求选用20位围的A/D转换器DD(

4、C11：?。该高、噪声低、积分1口差县里程可编程以适应不而提高转换精度降低方便使用0从以上DDC112满足多路高速、高精度求02.3FIFO缓存器由于本系统的采集通道进行预存储后才台匕目匕传输方便与FPGA连接对中独立编程；中心频率范集要求0号为模拟信号如要进字信号这就需要A/D转充分考虑其技术指标:里化1口差、偏移1口差、0充分考虑了数据采集双通道输入、宽动态范A/D转换器具有分辨率和温漂小等优占八、且满同强度的输入信号从噪声+5V的工作电源更2的性台匕目匕指标可知DDC11的数据采集系统的要多采集到的数据必须0该数据采集系统由硬件控制A/D转换器并通过V卜1DL设计自动向FIFO存储器中存

5、储数据0具体数据采样频率由FF)GA的输出时钟频率决止0FIFO(FirsHputFirst()utput)即先进先出0先存入FIFO的数据先输出后存入FIIFO的数据后输出0FIFO存储器是数据缓存作用防止存储时丢失数据并且可对数据进行集中存储避免频繁操作减轻CPIJ负担0FIFO存储器很重要的一占八、是允许系统进行DMA操作提高了数据的传输速度0随着微电子技术的飞速发展FIFO心片容量越来越大体积越来越小价格越来越便宜0FIFO心片以其灵活、方便、高效的特性逐渐在高速数据采集系统中到越来越广泛的应用02.4FPGA1时序控制电路FPGA(FieldProgramm;able(GateArr

6、ay)即现场可编程门阵列0它既解决了止制电路的不足又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺占八、0对于井下瓦斯数据采集系统必须快速准确地进行采集0本系统要求1秒内须对数百个探测器做1440次采集,其数据量相当庞大而且重建图像必须获日扫描的相对集过程需有严格的时序采用了Altera公司的第二列该器件含有4至20都带有经过优化的时钟622fZlbpj$至6.375Gbps数据速率占兀整性0经过系统中的有线/无线通信、计算疗等领域而且该系列St|atixIGX器件成为高速通信协议桥接应用的理选择该心片的原因所在理框图中可以看出FPGA区:时序控制信号产生部分和A/D控制部分(但程的多路高速数据采集用研

7、究:2005）。时序作用主要是接收控制指增血放大器中的通道选以及负责A/D输入信号的位置因此整个数据采控制0该时序控制电路代FP)GA产品StratixIIGX系个低功耗收发器每个数据恢复电路可在范围内实现优日的信号验证台匕目匕够可罪应用于机、网络、军事以及医的高性台匕目匕架构使目板接口、心片之问和想选择0这也正是本文0从图1所示的系统原主要分为二大功台匕目匕部分数据接收和整合果等医用CT增可编系统设计:CT理论与应信号产生部分该部分的令并产生控制可编程择寄存器的时序信号选通时序0数据接收和整合部分是接收A/D转放大数据将两者按为一个字并实时传输卒/D控制部分根据可编选择寄存器的选通信号可观察

8、变里0具体来说县里集合Oi分别为:O1=con3,c:oin',say1,say2,say3,paylO2y2O3：=con2,coin3,say1,sa|y2,say3,pay：在系统模块中生成3行0由于该协议是一步移关系比较简单只需状态维持不变即可0最议规范0根据协议要求要满足的时态知识规范豕1需满足的时态知识?pa2A?pay3)V(Kl(pay2V?K1(pay3)该公式表示:付则在下一个时刻(后),他要么知道是国家换后的数据和可编程增昭八、时序的对应关系整合到系统的通讯系统中0程增放大器中的通道产生控制包含环境中的知台匕目匕体i的可观察变=co)in1,coin：2,sa、y

9、1§ay2,J)ay3,pa3台匕目匕体模块的实例个台匕目匕体模块将同步执可达的因此其状态迁规止每个变里的下一步后来考虑需要验证的协可以描述出该协议需0下面的公式表示保密规范:?pay1?X(K1(?p)ay1Apa1y3)A?K1(pay2)A若是保密豕1没有支当所有保密豕都宣称之安全局支付的要么知道是其他保密豕支付的但无法确止具体是哪个人支付的0保密豕2和3所需满足的时态知识规范与此类似03实验结果本实验使用的PC是奔腾24MHZ处理器512M内存操作系统为LinRedhat9.00我们分别针对3、4、5个保密豕的情况进行了验证并在同一台机器上分别用MC；MA沏MC砒行了实验0由

10、于MCMA：$的建模过程非常复杂因此没有在MC:MAS上针对5个台匕目匕体的情况进行验证0而对于MCK,虽然为其建立了4个和5个保密豕情况下的协议模型但是运行过程中由于内存出错而使日程序无法正常运行这可台匕目匕是因为MCK内在的缺陷导致了异常发生0由表1可以清晰地看到M(订K在执行时问上的显者优势0此外相比于MCMA：M(CTK的建模过程更加容易(对1F同一规模的问题MC:MAS的代码数里是MCTK的倍左右)；相比于MCKM(CTK的r展性要大大超越刖者在保密豕就餐协议中MC台匕目匕对3个保密豕的情况进行验证而MCTK可以r展到4个、5个甚至更多个的情况04结束语本文通过使用时态知识逻辑的模型检测工具很好地实现了基于知识的安全协议的自动验证0从实现过程不难看出使用模型检测时态知识逻辑的方法台匕目匕自然地描述协议中的信息流并且台