基于FPGA的多路数据采集系统设计.pdf

可靠传输ReliableTransmission基于FPGA的多路数据采集系统设计司兆龙，张亚君（杭州电子科技大学电子信息学院，浙江杭州310018）摘要：数据采集系统是现代检测控制技术的关键，是模拟域与数字域之间的纽带，广泛应用于诸如军事、工业控制、深海测量等各领域，目前常用的是专用数据采集卡。相比较专用采集卡，基于FPGA设计的数据采集系统具有多功能、高效率、易升级、低功耗等优点。实验结果显示，本系统可以采集的电压值变化范围为0~5V，精确度能达到0.02V。系统显示可以实现单通道显示与多通道巡检显示切换。关键词：可编程逻辑；数据采集；硬件语言；模数转换中图分类号：TP391.4文献标识码：A文章编号：2095-1302（2015）01-0045-030引言最大输入电压5V，对0～5V的采集精度为5/255=0.02V；随着电子工业技术迅速发展，对数据采集系统的许多技所以整个系统的精度也为0.02V。A/D决定了本设计所测电压术指标，如采样率、通道数、数据处理速度等提出了很高的范围为0～5V，如果扩展量程范围，可在其输入电路中添加要求[1，2]。快速高精度完成多路信号的采集以满足工业现场的乘法器使大电压降低至可控范围。控制和检测要求，一直是数据采集技术重要的研究方向[3-5]。1.4通信电路本次设计研究多路电压数据采集的实现方法，设计一个多路本系统所用双绞线采取了双向传输、多路复用的方法。电压数据采集系统，并分析提高数据采集速度和精度的因素。即地址同步脉冲与数据同步脉冲共用一根同步脉冲线，地址与1系统实现数据共用一根数据线。接口电路采用RS485标准接口。1.1系统功能1.5数据采集块设计本系统主控器能对10米内的8路电压数据进行采集并显数据采集块（从机）FPGA控制ADC0809芯片工作，将示。主要包括：测试用电压源设计。数据采集器第1，2路输采集到的八路模拟电压信号串行码送入传输线路。顶层Block入1～5V可调直流电压，第2~7路分别输入5V，4V，3V，原理图构建如下（图2）。具体每个模块用VHDL代码在2V，1V，0V直流电压（用于参照实验）。主控器：主控器通QuartusII9.1实现。过串行传输线路对各路数据进行采集和显示。采集方式包括clk0809CPclkclk_a循环采集（即1路、2路、……、8路、1路……）和选择采集（任STARTclkstartOE选一路）两种方式；循环采集间隔1s；系统原理框图如图1所示。EOCaaaoeeocALEaleIN[7..0]传输线din[7..0]Dout[7..0]采模集D数通道显示clkclk_bclkd电转从机主机压数据显示cbSIGN换sign信器号DIN[2..0]cin[7..0]din[2..0]键盘图2数据采集块顶层Block原理图图1系统原理框图aaa模块用于ADC0809的控制，其输入输出I/O口分1.2直流稳压电源别对应接ADC0809的CLK，START，EOC，IN[7..0]接根据系统要求，需提供+12V、－12V、+5V的电din[7..0]。其中时钟clk输入为65kHz。ADC0809控制模块压。因此采用了滤波电容、防自激电容及固定式三端稳压器LM7912、LM7905、LM7812等器件设计了精度较高、稳定度如图3所示。cb模块用于实现二进制数字信号变串行码输出。其中输较好的直流电压稳压电源。1.3A/D转换器出端口d输出串行数据；sign为数据并串输出标志；din[2..0]为选择通道的地址输入；cin[7..0]为输入的二进制数字信号；本设计选用的是逐次逼近式A/D转换器ADC0809。其————————————————clk输入2Hz。cb模块如图4所示。收稿日期：2014-09-21２０１５年／第１期物联网技术４５Copyright博看网www.bookan.com.cn.AllRightsReserved.可靠传输ReliableTransmission出为“0111”。行列信号相并“key_hang&key_lie”为“01110111”clkstartoe时，可以译键值为1。同理可以得到其它按键的编码。不同编码，eocaaaale译成不同键值。为了防止按键抖动，加一个计数环节防止了键din[7..0]dout[7..0]的抖动。键盘扫描模块如图6所示。图3ADC0809控制模块control模块为显示控制模块，其程序主导思想是：当键clkd盘值为9的时候，循环输出选择通道号和各通道对应电压数据。当键盘值是1～8任意值时，单通道数据采集显示。d_cbsignin[15..0]接键盘数据输入；d_out[2..0]为选择通道数据输出；cin[7..0]din[2..0]key[3..0]为键盘值数据输出。时钟输入clk为1