在NIOS-II系统中A/D数据采集接口的设计与实现
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2020-12-06
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在在NIOS-II系统中系统中A/D数据采集接口的设计与实现数据采集接口的设计与实现
在FPGA系统中，实现对外部A/D数据采集电路的控制接口逻辑，由于其逻辑功能不是很复杂，因此可采用自定
义的方式。采用这种方法进行设计有两种途径。①从软件上去实现。这种方案将NIOS处理器作为一个主控制
器，通过编写程序来控制数据转换电路。由于NIOS处理器的工作频率相对于外部设备来说要高出许多，故此种
方法会造成CPU资源极大的浪费；②用FPGA 的逻辑资源来实现A/D采集电路的控制逻辑。FPGA有着丰富的逻
辑资源和接口资源，在其中实现并行的数据采集很少会受到硬件资源的限制，在功能上，设计的接口控制逻辑
相当于一个主控制器，它是针对具体的外部电路而实现的，容易满足要求、又能节约资源，提高系统性能。因
在FPGA系统中，实现对外部A/D数据采集电路的控制接口逻辑，由于其逻辑功能不是很复杂，因此可采用自定义的方
式。采用这种方法进行设计有两种途径。①从软件上去实现。这种方案将NIOS处理器作为一个主控制器，通过编写程序来控
制数据转换电路。由于NIOS处理器的工作频率相对于外部设备来说要高出许多，故此种方法会造成CPU资源极大的浪费；②
用FPGA 的逻辑资源来实现A/D采集电路的控制逻辑。FPGA有着丰富的逻辑资源和接口资源，在其中实现并行的数据采集很
少会受到硬件资源的限制，在功能上，设计的接口控制逻辑相当于一个主控制器，它是针对具体的外部电路而实现的，容易满
足要求、又能节约资源，提高系统性能。因此，采用硬件逻辑去实现控制将是一种较好的方式。
设计方案 设计方案
通过对系统需求进行仔细分析，此模块的功能设计可分为数据采集控制逻辑、数据接口、数据处理逻辑三部分，其整体功
能框架图如图1。
图1 模块功能框图
说明：AVALON总线主要是用于连接片内处理器与外设，以构成可编程单芯片系统。
功能描述 功能描述
数据采集控制逻辑：产生A/D转换需要的控制信号。
数据接口：提供一个外部A/D采集的数据流向AVALON总线的数据通道，主要是完成速度匹配，接口时序转换。
数据处理单元：此部分主要是提供一些附加功能，如检测外部信号或内部其它单元的工作状态，进行简单信息处理。
设计分析 设计分析
数据采集控制逻辑 数据采集控制逻辑
在此以典型的模数转换芯片ADC0804为例，进行电路设计，ADC0804的数据宽度为8位，数据转换时间最快为100ms，
转换时钟信号可以由内部施密特电路和外接RC电路构成的震荡器产生，也可以直接由外部输入，其频率范围：
100KHz~1460KHz。在本设计中ADC0804的时钟为最大输入频率，控制信号时序如图2。
图2 ADC0804控制信号时序图
由ADC0804的时序可知，转换过程由一个写信号启动，转换完成后，输出INTR信号，此时可以读取数据。之后即可
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