用 Verilog HDL 设计自动数据采集系统
在现代工业的发展中,实时测控系统得到广泛应用,这就对高速数字信号处理系统提出
了更高的要求。因为要涉及大量的计算,为了提高运算速度,应用了大量DSP器件。数
据采集系统是整个系统的核心部分之一,传统方法是应用MCU或DSP通过软件控制数
据采集的模/数转换,这样必将频繁中断系统的运行从而减弱系统的数据运算能力,数据
采集的速度也将受到限制。因此,DSP+CPLD的方案被认为是数字信号处理系统的
最优方案之一,由硬件控制模/数转换和数据存储,从而最大限度地提高系统的信号采集
和处理能力。
1 系统总体方案
数据采集系统是
基于DSP的信号处
理系统中的一部分,
框图如图1所示。该
数字信号处理系统用
于随机共振理论在弱
信号检测中的应用研究中。整个系统由信号放大、信号滤波、信号采样、高速数字信号处
理、与主计算机的高速数据传输接口等部分组成。其中,信号放大是对输入信号进行调理
以满足采样的要求;信号滤波是防止信号产生"混叠现象";信号采样是完成模拟信号的数
字化;高速数字信号处理是在建立随机共振模型的基础上完成各种算法;与主计算机的高
速数据传输接口是满足信号检测的实时性,将DSP处理的数据传给计算机以进行进一步
的处理。 基于Verilog HDL设计的自动状态机由硬件控制A/D转换以及自动
向FIFO中存储数据,采样频率由DSP系统的输出时钟确定,当采样数据达到一帧时,
FIFO向DSP申请中断,DSP系统启动DMA完成数据读取。这期间数据采集不中
断,从而实现连续的实时数据采集和实时数据处理。数据采集系统由A/D芯片MAX1
96、逻辑控制芯片EPM7128、FIFO芯片CY7C425组成。控制逻辑用V
erilog HDL语言描述,并进行了仿真和实际验证。
2 硬件电路设计
2.1 A/D转换芯片
系统A/D转换由MAX196芯片实现。MAX196的特点为:
① 12位A/D转换精度,1/2 LSB线性度;
② 单5V电源供电;
③ 软件选择模拟量输入范围,分别为:±10V、±5V、0~5V、0~10V;
④ 6模拟量输入通道;
⑤ 6 μ s转换时间,100ksps采样速率;
⑥ 内部或外部采样控制;
⑦ 内部或外部时钟控制转换。
在MAX196的控制字中:
① A2A1A0为通道选择字:000~101分别代表通道0~5;
② BIP、RNG为输入范围和极性选择;
③ ACQMOD:采样控制模式,0为内部控制采样,1为外部控制采样;
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