基于FPGA ARM的多路光栅数据采集系统设计.pdf

基于FPGA+ARM架构的多路光栅数据采集系统的设计，是一项融合了FPGA高速并行处理能力和ARM强大数据处理能力的嵌入式系统设计。FPGA，即现场可编程门阵列，以其出色的并行处理能力和可重构性，使得系统能够实现对多路光栅数据的高速同步采集。而ARM微处理器，因其性能优秀且功耗较低的特点，被用来处理数据并完成以太网通信。 光栅编码器是精密的位移测量装置，广泛应用于需要精确位置反馈的运动伺服系统中。随着光栅编码器技术的发展，其测量精度和速度显著提升，这相应地提高了对光栅信号采集及传输系统的要求，其中包括高采集速率、快速传输速度和强抗干扰能力。传统的光栅数据采集系统多依赖于单片机或专用采集芯片，存在采集速率低、系统灵活性差的局限性。同时，旧有的RS232、RS485或CAN等传输方式，传输速度有限，并且逐渐被现代计算机淘汰。 面对传统系统的问题和新的应用需求，“工业4.0”和“互联网+”时代的到来，对数据通信传输的智能化和远程化提出了更高要求，这推动了新型数据采集系统的开发。FPGA+ARM架构的系统能够提供高速稳定的TCP/IP协议数据传输，实现了测控系统接口的统一化，满足了远程测控的需求。 在硬件电路设计方面，首先需要对光栅信号进行预处理，包括差分信号的转换和隔离。由于FPGA的逻辑电平较低，而光栅编码器输出的RS422差分信号高电平为5V，因此需要通过信号调理转换电路将5V的RS422信号转换为FPGA可处理的LVTTL电平信号。本设计中，使用了AM26LS32差分接收芯片和TLP2362型高速光电耦合器来完成这一转换，同时减少信号的噪声干扰并实现逻辑电平的兼容。 系统整体结构由FPGA端的高速采集、存储与同步处理，以及ARM端的数据处理和以太网通信构成。FPGA端负责数字滤波、同步采集和数据存储，通过FSMC总线与ARM微处理器端通信。ARM端则负责数据处理和通过TCP/IP协议经网口将数据发送至上位机。 FPGA的核心优势在于其并行逻辑控制能力，而ARM处理器则提供了强大的数据处理能力。在设计中，通过移植以太网协议栈到ARM处理器，使得系统能够通过标准的TCP/IP协议与PC端进行通信。这种设计不仅提高了数据采集系统的性能，也提高了系统的稳定性和准确性。 总结来说，基于FPGA+ARM架构的多路光栅数据采集系统设计，不仅为光栅数据采集提供了一个高速、准确和稳定的解决方案，而且还顺应了智能化和远程化的发展趋势。通过引入高性能的FPGA和ARM处理器，并利用TCP/IP协议实现高效的数据传输，该系统为现代测控系统提供了强有力的硬件支持。这种设计思路和方法不仅适用于光栅数据采集，还可以广泛应用于其他需要高速数据处理和远距离传输的领域。