基于FPGA的数据采集系统 数据采集, 程序, 电源, 接口, 网络

yuyang911220

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网络芯片等部分。
   图一 结构示意图

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。
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。
4. 数字量采集：
主要完成数字量的采集与存储。

图二 数字采集与存储原理图

5. 以太网接口

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


                              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。