高速数据采集系统的原理与应用

课程设计任务书

学生姓名： 周国阳 专业班级： 电信1001班

指导教师： 沈维聪 工作单位： 信息工程学院 题 目：高速数据采集系统原理分析和设计 初始条件：

数据采集是数字信号处理的前提，研究和设计数据采集系统就显得尤为重

要。本课程设计题要求学生在广泛查阅资料的基础上，对高速数据采集系统技术进行分类和比较，并作相关设计。

要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书

撰写等具体要求）

（1）搜索出若干种高速数据采集系统方案并对它们进行分析和比较。 （2）设计出一款高速数据采集系统。

（3）对所设计的高速数据采集系统的性能指标进行分析。 （4）给出系统（或部分）的仿真。

时间安排：

一周，其中3天设计，2天调试

指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日

目录

摘要................................................................ I Abstract.................

匦圈垂烫耍匦匝圜ＰＬＤ文章编号：１００８—０５７０（２００８）０１…２

Ｄｅｓｉｇ门ｏｆａＣＰＬＤＦＰＧＡ应用０２０９０３基于ＦＰＧＡ的高速数据采集系统的设计Ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄＤａｔａＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＦＰＧＡ

（中北大学电子测抛芰术国家重点实验室）朴现磊熊继军沈三民

ＰｊＡｏｘｔＡＮＬＥＩＸｌＯＮＧＪＩＪＵＮＳＨＥＮＳＡＮＭＩＮ

摘要：本文介绍了以ＦＰＧＡ为核心逻辑控制模块的高速数据采集系统。设计中采用了自预向下的方法，将ＦＰＧＡ依据功能划分为几个模块，详细论述了各模块的设计方法和控制流程。ＦＰＧＡ模块设计使用ＶＨＤＬ语言，在ＸｉｌｉｎｘＩＳＥ中实现软件设计和完成仿真。整个采集系统不但可实现２４路最大工作频率为５００ｋＨｚ的模拟信号采集，而且还能完成ｌ路系统内部信号的采集以达到自校验功能。

关键词：ＦＰＧＡ：数据采集：ＶＨＤＬ语言

中图分类号：ＴＮ４０９文献识别码：Ｂ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＦＰＧＡ．ｗｈｉｃｈｉＳｔｈｅｃｏｒｅｌｏｇｉｃｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｕｌｅｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉＳｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｍｅｔｈ

北京航空航天大学第八届研究生学术论坛

8th Academic Forum for Graduate Students at Beihang University

2011年4月 Apr 2011

基于FPGA的高速数据采集系统设计

金 刚，徐志跃

(北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京，100191)

摘 要：设计一种基于FPGA 的高速数据采集系统，该系统采用FPGA作为控制器，PXIe总线作为总线接口，采用Verilog HDL硬件编程语言进行程序控制，这种于FPGA 的同步采集、实时读取采集数据的方案，可以提高系统采集和传愉速度,此种设计方案结构灵活、控制简单、可靠性高。

关 键 词： FPGA；PXIe总线；高速数据采集；Verilog HDL 中图分类号：TP391

文献标识码：A 文章编号：

Design of high-speed data acquisition system based on FPGA

Jin Gang，Xu Zhiyue

(Beihang University School of Automation Science and El

北京航空航天大学第八届研究生学术论坛

8th Academic Forum for Graduate Students at Beihang University

2011年4月 Apr 2011

基于FPGA的高速数据采集系统设计

金 刚，徐志跃

(北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京，100191)

摘 要：设计一种基于FPGA 的高速数据采集系统，该系统采用FPGA作为控制器，PXIe总线作为总线接口，采用Verilog HDL硬件编程语言进行程序控制，这种于FPGA 的同步采集、实时读取采集数据的方案，可以提高系统采集和传愉速度,此种设计方案结构灵活、控制简单、可靠性高。

关 键 词： FPGA；PXIe总线；高速数据采集；Verilog HDL 中图分类号：TP391

文献标识码：A 文章编号：

Design of high-speed data acquisition system based on FPGA

Jin Gang，Xu Zhiyue

(Beihang University School of Automation Science and El

《数据采集系统》综合复习资料

填空题

1. 运算放大器构成的放大电路中输入阻抗最大的 放大器。

2. 跟随器在信号调理电路中的主要作用是 。 3. S/H的捕捉时间是指 。 4. A/D转换器常用的编码方式有 、 。 5. I/O端口的寻址方式包括 和 。

6. 舌簧继电器包括 、 两种类型。 7. 半导体式多路开关的特点是 。 8. 多路模拟开关的泄漏是指 。 9. 数据采集系统的发展趋势是

《数据采集系统》综合复习资料

填空题

1. 运算放大器构成的放大电路中输入阻抗最大的 放大器。

2. 跟随器在信号调理电路中的主要作用是 。 3. S/H的捕捉时间是指 。 4. A/D转换器常用的编码方式有 、 。 5. I/O端口的寻址方式包括 和 。

6. 舌簧继电器包括 、 两种类型。 7. 半导体式多路开关的特点是 。 8. 多路模拟开关的泄漏是指 。 9. 数据采集系统的发展趋势是

一 前言

1.1 数据采集系统简介

数据采集，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集信息的过程。 数据采集系统是结合基于计算机（或微处理器）的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。该数据采集系统是一种基于TLC549模数转换芯片和单片机的设备，可以把ADC采集的电压信号转换为数字信号，经过微处理器的简单处理而交予数码管实现电压显示功能，并且通过与PC的连接可以实现计算机更加直观化显示。

1.2 数据采集系统的研究意义和应用

在计算机广泛应用的今天，数据采集的在多个领域有着十分重要的应用。它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。利用串行或红外通信方式，实现对移动数据采集器的应用软件升级，通过制订上位机(PC)与移动数据采集器的通信协议,实现两者之间阻塞式通信交互过程。在工业、工程、生产车间等部门，尤其是在对信息实时性能要求较高或者恶劣的数据采集环境中更突出其应用的必要性。例如：在工业生产和科学技术研究的各行业中，常常利用PC或工控机对各种数据进行采集。这其中有很多地方需要对各种数据进行采集，如液位、温度、压力、频率等。现在常用的采集方式是通过数据采集板卡，常用的有A/D卡以及422、485等总线板卡。卫星数据采集系统

FPGA 数据采集

一簸矧采瓣

电

ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ

子测量技术

ＴＥＣＨＮＯＬｏＧＹ

第３１卷第４期２００８年４月

ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ

一种时间交织高速数据采集系统的设计和实现＊

吴世华

单

涛

马永锋

北京

１０００８１）

（北京理工大学电子工程系

摘要：随着现代雷达通信技术的发展，对数据采集系统的速度和精度提出了更高的要求，但是发达国家限制高性

能ＡＤ的出口，这无疑制约了我国军事、民用通信的发展，研究高速ＡＤ的设计，势必对打破西方对我国的技术封锁产生深远的影响。本文设计了采用２路ＭＡＸＩＭ公司的ＭＡＸｌ０４时间交织成的采样速率为２ＧＨｚ的高速数据采集系统，后端采用ＸＩＬＩＮＸ的ＦＰＧＡ芯片利用通道适配误差校正算法完成数据校正工作，通过对时间误差、增益误差、偏置误差的测量和校正，实现了高速率的采样，信噪比和有效位数得到显著提高。关键词：时间交织；高速数据采集；ＭＡＸｌ０４；ＦＡＲＲＯＷ结构；数据实时校正中图分类号：ＴＰ２７４．２

文献标识码：Ａ

Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆ

ａ

ｔｉｍｅ－ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ

ｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ

ＷｕＳｈｉｈｕａ

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆ

ＳｈａｎＴａｏ

Ｍａ

Ｙｏｎｇｆｅｎｇ

Ｅｌ

ZigBee远程数据采集系统的设计与实现

武汉理工大学

硕士学位论文

ZigBee远程数据采集系统的设计与实现

姓名：黄永军

申请学位级别：硕士

专业：信号与信息处理

指导教师：杨杰

20090401

ZigBee远程数据采集系统的设计与实现

武汉理’ｒ大学硕十学位论文

摘要

随着无线网络技术的飞速发展和同益普及，低速、低功耗、低成本的ＺｉｇＢｅｅ无线网络技术，己成为当前传感器网络及自动化控制领域中的一个重要研究课题。本论文对ＺｉｇＢｅｅ技术进行广泛深入的分析和研究，使用ＺｉｇＢｅｅ协议设计应用程序并结合硬件进行实验，主要研究工作如下：

（１）介绍了ＺｉｇＢｅｅ技术相关概念、应用前景和研究现状、体系结构、优缺点以及网络拓扑、设备类型、ＺｉｇＢｅｅ网络的基本框架、功能、特点等内容。

（２）对ＺｉｇＢｅｅ网络层、应用层及ＺｉｇＢｅｅ应用程序框架结构、功能进行了研究。分析了ＺｉｇＢｅｅ协议栈的总体功能结构，着重讨论网络建立、路由机制、数据帧结构和数据传输模式、数据处理模式以及编程接口，展示了整个系统的应用程序编写过程。

（３）分析了ＺｉｇＢｅｅ设备组成结构及硬件设计思路。在具体介绍ＪＮ５１２１处理器模块、电源模块、时钟模块、存储器模块以及各个接口模块的基础上给出了硬件设计的整体

ZigBee远程数据采集系统的设计与实现

武汉理工大学

硕士学位论文

ZigBee远程数据采集系统的设计与实现

姓名：黄永军

申请学位级别：硕士

专业：信号与信息处理

指导教师：杨杰

20090401

ZigBee远程数据采集系统的设计与实现

武汉理’ｒ大学硕十学位论文

摘要

随着无线网络技术的飞速发展和同益普及，低速、低功耗、低成本的ＺｉｇＢｅｅ无线网络技术，己成为当前传感器网络及自动化控制领域中的一个重要研究课题。本论文对ＺｉｇＢｅｅ技术进行广泛深入的分析和研究，使用ＺｉｇＢｅｅ协议设计应用程序并结合硬件进行实验，主要研究工作如下：

（１）介绍了ＺｉｇＢｅｅ技术相关概念、应用前景和研究现状、体系结构、优缺点以及网络拓扑、设备类型、ＺｉｇＢｅｅ网络的基本框架、功能、特点等内容。

（２）对ＺｉｇＢｅｅ网络层、应用层及ＺｉｇＢｅｅ应用程序框架结构、功能进行了研究。分析了ＺｉｇＢｅｅ协议栈的总体功能结构，着重讨论网络建立、路由机制、数据帧结构和数据传输模式、数据处理模式以及编程接口，展示了整个系统的应用程序编写过程。

（３）分析了ＺｉｇＢｅｅ设备组成结构及硬件设计思路。在具体介绍ＪＮ５１２１处理器模块、电源模块、时钟模块、存储器模块以及各个接口模块的基础上给出了硬件设计的整体