单片机控制FPGA的高速数字采集系统的设计(2)
2.3 FPGA芯片选型 5
2.3.1 FPGA特点及选型 5
2.3.2 FPGA的设计步骤 7
2.3.3 FPGA的核心电路设计 7
2.4 主控CPU的选型 8
2.4.1 芯片简介 8
2.4.2 核心板组成 8
2.4.3 ARM外围电路 8
第三章 数据采集电路设计 9
3.1 前端采集电路设计 9
3.1.1 AD前端调理电路 9
3.1.2 FPGA数据采集 9
3.2采集中的问题和解决方法 10
3.3 SDRAM控制器设计 10
3.3.1 SDRAM工作原理 10
3.3.2 SDRAM控制器结构 11
3.4 电源设计 14
第四章 各芯片间的数据传输与处理 15
4.1采集卡各芯片速度等级的划分和数据流向 15
4.2 ARM与FPGA通信 16
第五章 高速PCB设计与调试 18
5.1高速PCB设计 18
5.1.1 电源部分设计 18
5.1.2 接地 19
5.1.3 LVDS布线原则 20
5.2 硬件调试与故障分析 20
5.3 焊接经验总结 21
6 总结与展望 22
6.1 实验结果分析 22
6.2 工作展望 22
第一章 绪论
1.1 论文研究背景和意义
高速数据采集系统具有极强的通用性，可广泛应用于军事、工业生产、科学研究和日常生活中。就像其他计算机技术一样，随着数字化生活的到来，高速数据采集系统在日常生活中的应用越来越显著。在工业生产和科学技术研究的各行业中常常需要对各种数据进行采集如液位、温度、压力、频率等信息的采集。在图像处理、瞬态信号检测、软件无线电等一些领域更是要求高速度、高精度、高实时性的数据采集技术。数据采集系统的任务就是将采集传感器输出的模拟信号进行处理并转换成计算机能识别的数字信号，由计算机进行相应的计算和处理来满足不同的需要得出所需的数据。数据采集系统性能的好坏是由它的精度和速度来决定的。在保证精度的前提下应当用尽可能高的采样速度，这样才能满足实时采集、实时处理和实时控制对速度的要求。 在许多应用场合如雷达、声纳、图像处理、语音识别、地质勘探、光时间域反射测量等特别是在实时性要求比较高的情况下往往都需要高速或超高速(Ultra High Speed)数据采集系统。FPGA现场可编程门阵列凭借其在数据采集控制方面的高性能和便于系统集成、易扩展等优势逐渐受到广泛应用。高性能的FPGA和高速的AD应用于数据采集系统中不仅可以大大提高系统的测量精度、数据采集处理速度、数据传输速度等，还可以产生巨大的经济效益因此对其做进一步研究具有十分重要的现实意义。
此次采样率大于80兆次每秒，远远小于一条单片机的指令周期，因此单片机对于此类高速的AD器件完全无从控制。单片机系统无法实现小于其指令周期的高速数据传输和数据采集。虽然单片机的速度在不断提高，但指令周期一般还在微秒量级，限制了单片机在高速数据传输领域内的应用，如网络通信、视频处理等高速数据采集领域的应用。为了解决这一问题，在用单片机进行高速数据采样的设计过程中，对其数据采集系统采用了大规模可编程芯片FPGA，直接控制高速AD转换器的采样，然后将转换好的二进制数据迅速存储到存储器中，在完成对模拟信号的一个周期的采样后，利用单片机强大的数据处理能力，由单片机将存储器中的采样数据读出处理。
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