毕业设计---高速数据采集系统设计

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1、目目 录录 1.绪论 1 1.1 课题研究的意义 . 1 1.2 数据采集技术的发展历程和现状 . 1 1.3 本文的研究内容 . 2 1.4 系统设计涉及的理论分析 . 2 2.系统设计 4 2.1 方案选择 . 4 2.2 系统框图 . 5 3.单元电路设计 6 3.1 信号调理电路 . 6 3.2 高速模块 . 7 3.3 FPGA 模块设计 8 3.4MCU 模块设计 8 3.5 数据采集通道总体原理图 . 9 3.6 硬件电路总体设计 . 9 4.软件设计 . 10 4.1 信号采集与存储控制电路工作原理 . 10 4.2 信号采集与存储控制电路的 FPGA 实现 11 4.3 原理

2、图中的各底层模块采用 VHDL 语言编写 12 4.3.1 三态缓冲器模块 TS8 . 12 4.3.2 分频器模块 fredivid 13 4.3.3 地址锁存器模块 dlatch8 . 14 4.3.4 地址计数器模块 addrcount . 15 4.3.5 双口 RAM 模块 lpm_ram_dp 16 4.4 数据显示模块设计 . 18 4.4.1 主程序 18 4.4.2 INT0 中断服务程序 . 19 4.4.3 INT1 中断服务程序 . 19 4.5 软件仿真 20 4.5.1 三态缓冲器模块 TS8 . 20 4.5.2 分频器模块 fredivid 20 4.5.3 地

3、址锁存器模块 dlatch8 . 20 4.5.4 地址计数器模块 addrcount . 21 5.系统调试 . 21 5.1 单片机子系统调试 . 21 5.2 FPGA 子系统调试 . 22 5.3 高速 A/D 模块的调试 . 22 6 总结 . 22 致谢 . 22 参考文献 . 23 附录 . 25 1 高速数据采集系统设计 摘要：摘要：随着数字技术的飞速发展，高速数据采集系统也迅速地得到了广泛的应用。在生产过程 中，应用这一系统可以对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高生产质量，降低成本 提供了信息和手段。在科学研究中，应用数据采集系统可以获取大量的动态数据，是研究瞬间

4、物理 过程的有力工具，为科学活动提供了重要的手段。而当前我国对高速数据采集系统的研究开发都处 于起步阶段，因此，开发出高速数据采集系统就显得尤为重要了。本文针对高速数据采集系统中的 实时性、采集速率等问题提出了一种结合FPGA与单片机的低成本高速数据采集系统设计方案。该系 统以高速SOC单片机C8051F360和FPGA EP2C8T144为核心，运用模块化设计方法，实现软硬件设计， 具有一定的实用价值。 关键词关键词: :C8051F360；EP2C8T144;ADC；数据采集；高速 1.绪论 1.1 课题研究的意义 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中已成为必

5、不可 少的。这就为我们的设计提出了两个方面的要求：一方面，要求接口简单灵活且有较高的数 据传输率；另一方面，由于数据量通常都较大，要求主机能够对实时数据做出快速响应，并 及时进行分析和处理。 FPGA 与单片机相比，有着频率高，内部延时小，内部存储容量大等优点，比单片机更 适应与高速数据采集的场合。比如在某些高冲击、高振荡场合下，需要对冲击过程的加速度 数据进行回收，包括实时采集、存储以及事后回读分析。在这样的环境下，要求数据回收系 统具有采集的高速、实时性；存储的及时、正确性。FPGA（现场可编程逻辑门阵列）在高速 数据采集方面具有单片机和 DSP 所不具备的优点。FPGA 所要完成的功能完

6、全由内部可编程 硬件电路实现，具有并行执行、速度快、多功能、低功耗、可现场反复编程等特点。使用 FPGA 构成数据采集系统还可以减化外围控制电路，使系统更加简洁有效。 1.2 数据采集技术的发展历程和现状 在数字技术日新月异的今天，数据采集技术的重要性是十分显著的。它是数字世界和外 部物理世界连接的桥梁。而随着现代工业和科学技术的发展，对数据采集技术的要求日益提 高，在雷达、声纳、图像处理、语音识别、通信、信号测试等科研实践领域中，都需要高精 度，高数据率的数据采集系统。它的关键技术为高速高精度的ADC技术，高数据率的存储和 缓存技术以及系统高可靠性保证等。 通过数据采集技术，科研人员在实验现场可以根据需要实时记录原始数据，用于实验室 后期的分析和处理，对工程实践和理论分析探索具有重大意义。正是由于目前数据采集技术 广泛应用在科研实践和工业生产中的各个领域，当前国外对采集技术的研究和发展比较成 熟。按通道数分有单通道的、双通道的、多通道的(多达上百通道)；按采样率分可从几kHz 2 到高达几个GHz；按分辨率分有8位、10位、12位、14位还有16位。在一些高端的示波器，频 谱