工业好文章

2017-1-20 11:17:14 3255

0 基于FPGA和USB2．0的高速数据采集系统数据采集在现代工业生产及科学研究中的重要地位日益突出，对实时高速数据采集的要求也不断提高。在信号测量、图像处理、音频信号处理等一些高速、高精度的测量中，都要求进行高速、高精度的数据采集。这就对数据采集系统的设计提出两个方面的要求：一方面，要求接口简单灵活且有较高的数据传输率；另一方面，由于数据量通常都较大，要求主机能够对数据做出快速反应，并及时分析和处理。实现数据采集与传输，可选择如下3种方法： ①使用传统的串／并口。传统的串口(如RS232)，其传输速率为几十kb／s到100 kb／s，而系统所要求的数据传输速率很高，而且还要实现数据的采集与传输同步进行，串口的速率远远达不到实时要求；对于并口，虽然它的传输速率可达到1 Mb／s以上，但由于探测器与主机相距较远，因此走线比较复杂。 ②采用通用的高速数据采集卡。高速数据采集卡(如ISA或PCI卡)虽然在数据存取速度上可满足系统要求，但仍然存在很多缺点，比如安装复杂，价格昂贵，兼容性不好，受计算机插槽数量、地址和中断资源的限制，可扩展性较差等。 CY7C68013是Cypress公司推出的EZ-USB FX2系列智能USB接口芯片。其作用是将主机所发送的命令序列经USB2．0端口输出，实现对数据采集系统的控制；同时把A／D转换器采集的数据以高速的数据序列形式发送到主机。其中，USB2．0端口提供一个能和计算机连接的数据传输接口。 FPGA利用内部的SRAM提供数据输入／输出的双缓冲功能。采用双缓冲的原因同USB中的大端点所配置的双缓冲类似，均是防止数据的溢出和保证数据传输的连续性。本文选用Altera公司的CycIone系列芯片EP1C3T144。 A／D转换器将所要采集的模拟量转换成数字量，通过滤波和放大后，由FPGA接收、缓冲、存储，经USB2．0端口传回至主机工作站。高速A／D转换器采用转换速率为20 MHz的MAX1425。系统工作过程为：主机通过CY7C68013给数据采集系统一个采样控制命令，存入FPGA的控制寄存器中。FPGA根据该命令向A／D转换器发出相应控制信号。由于ADC为10 MHz，为和PC运行速度相匹配，在FPGA内部生成一个FIFO缓存器。A／D转换器在FPGA的ADC接口控制电路控制下，把模拟信号转换成数字信号，并将指定通道的采样数据存入FPGA内部FIFO缓存。同时，FPGA的USB接口控制逻辑查询CY7C68013是否空闲，如果空闲，那么由FPGA的USB接口控制逻辑将指定通道的采样结果，从FPGA内部FIFO缓存送入CY7C68013的内部FIFO。当内部的FIFO容量达到一定程度后，CY7C68013自动将数据打包传送到PC机。由于固件程序把CY7C68013设置为特定的自动模式，因此CY7C68013把数据送往PC机期间的所有操作无需CY7C68013中CPU的干预，从而保证足够的数据传输速率。采样过程中FPGA的USB接口控制逻辑依次取走批量数据，在USB接口打包传送时A／D转换持续进行，FPGA内部FIFO也被持续写入转换结果。 ③使用USB2．0通用串行接口总线。USB接口是一种重要的计算机外设接口，它支持热插拔和即插即用，使用非常方便。USB2．0支持高达480 Mbps的数据传输速率。USB接口可实现计算机与多个外围设备的简单、高速互联，将USB技术应用于数据采集是非常适合的。经综合考虑，本文选择采用USB2．0接口来完成对数据的采集与传输。 0
2017-1-20 11:17:14　　评论淘帖0 举报相关推荐 • 求好文章 2131 • 【干货好文】晶振的负载电容到底该怎么选？ 764 • 好文分享 \| 一文了解ADC的参数释义 8 • 半导体测试—优质好文推荐 862 • 半导体科普深度好文 8350 • 深度好文 \| 机器智能的安全之困 456 • C的好文章-C陷阱与缺陷 5330 • 年度爆款技术好文Top 10，建议收藏！ 503 • 好文分享：如何用示波器测量市电！ 3596 • 处分但不惩罚 (深度好文) 3575 4 个讨论