基于FPGA的高速数据采集系统的设计

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文编号： 0—7 ( 0)—06 0章 1 6 6 52 2 3 04—4 0 0 0 0

新产品 技术新

基于 F GA的高速数据采集系统的设计 P张伟韩一明吴新玲 ,,( .北电力大学电子系，河北保定 0 10;2天津电力公司，天津 2 0 0 ) 1华 7 03 . 0 0 0

D e i n o i h S e a a A c i i i n y t m s d o s g f H g pe d D t qu s t o S s e Ba e n FPG AZHANG e HAN— i W U n—i g W i, Yim ng, Xi ln ( . ah Chn e t cP we iest 1 No iaElc r o rUn v ri i y,B o i g0 1 0,Ch n;2.Tini e ti o rC a n 7 0 3 d ia a jn ElcrcP we o,Tini 0 0 0。Chn ) a jn2 0 0 iaA b t a t FPG A a r plc PUs a DSPs i c ntol ng h sr c: c n e a e M nd n o r l t e i da a c sto t a quiiin p oc s i d t a quiii s t m . The s s e r e s n a a c ston yse y tm ba e n FPGA s t ha a t rsis o gh pe d. f sd o ha he c r c e tc f hi s e i unci tona l a lt n e s o m o f giiy a d a y t diy. Hen e i s e p ca l s ia e f he c t s e ily u t bl or t i hi pe d d t a quiii ghs e a a c ston. A c or ng he e ho o t p d c di t m t d f o— ow n, FPG A s i dii e i o om e un to l od e v d d nt s f c i na m uls. T he e ini g d sg n m e h a c ntoli fow o e c to d nd o r lng l f a h m o ul a e d e r dic s d n s us e i de al The da a c sto s t

m c e i r m ot ow e t i. t a quiiin ys e an be us d n e ep r s pe vii a c nt olng. Si ul ton e u t de o ta e he u r sng nd o r li m a i r s ls m ns r t t vai t f t at c uiii y t m . l y o he d a a q ston s s e di Ke o d y w r s:d a c ston; at a quiii FPG A; PCI us; e ot u r ii g b r m e s pe sn v a onto l nd c r li ng

( )片机擅长于响应频繁的外部中断， S 3单 D P擅长于处理密集的乘加运算。而数据采集系统所要求的是高速 进行的简单读写操作。如果采用高速 D P进行数据采 S集，于 D P的运算能力而言，一种浪费。对 S是 而在高速数据采集方面， P A(场可编程门阵 F G现列 )单片机和 DS有 P无法比拟的优势。F G时钟频 P A率高，内部时延小；部控制逻辑由硬件完成，度全速快，率高；成形式灵活，以集成外围控制、码效组可译和接口电路。

1基于 F GA数据采集系统的设计 P数据采集系统中 A C芯片采用 MA I公司的 D XM MA 4 2 X12。MA 4 2的时钟频率为 2 z字长为 1 X12 0MH, 2 b, . i 3 3V单电压供电。由于采用了流水线技术，采样 t其速率也为 2 /。如果采用微处理器直接进行数据读 0Ms s取，理器的指令周期应小于 5 s这样的要求，用 1处 0 n,通 6位单片机难以满足。所以在设计时加入了缓存，用并实现对 A C与缓存间数据传输的控制。缓存选 D

摘要： P A可以在数据采集系统中取代单片机和 DS FG P对数据采集过程进行控制。基于 F GA的数据采集系统具有时序 P快、成方式灵活、于修改的特点，合于高速数据采集的组易适场合。设计中采用了自顶向下的方法， F G依据功能划将 P A分为几个模块，细论述了各模块的设计方法和控制流程。详 系统可应用于电力远动监控，算机仿真证实了其有效性

。计 关键词：据采集；P数 F GA; C总线；动监控 P I远

中图分类号： 3 2 TP 3

文献标识码： A

在高速数据采集系统中，常采用单片机或 DS 通 P

用 F (入先出 )储器 C 7A 4V,制部分由 I先存 Y C 25控FeA实现。根据 FeA要实现的功能，以分为 3个 l l可

(字信号处理器 )为 C U,制 ADC(数转换数作 P控模/器 )存储器和其他外围电路的工作。但分析基于单、片机和 DS P的数据采集系统，会发现一些问题。就 ( )片机的时钟频率较低，以适应高速数据 1单难采集系统的要求。而 DS P虽然可以实现较高速的数据采集，但其速度提高的同时，提高了系统的成本；也 ( )片机和 DS的各种功能要靠软件的运行 2单 P来实现。执行的速度和效率较低，件运行时间在整软个采样时间中占很大的比例；收稿日期：0 1—1 20 2—2修改日期：0 2—0 8; 20 6—1 4

模块：D A C控制模块、 IO缓存控制模块、 C接口模 FF PI块。系统的结构框图如图 1示。所采集信号输入 A DC HFF H I O阳 Ma h l a

控制I l I I接E l曼 阳 l+

模块 I I 模块 l l 控制模块

一控制 I… —一

图 1数据采集系统结构框图