EDA/PLD中的基于Verilog HDL设计的自动数据采集系统

摘要：介绍了一种采用硬件控制的自动数据采集系统的设计方法，包括数字系统自顶向下的设计思路、Verilog HDL对系统硬件的描述和状态机的设计以及MAX+PLUSII开发软件的仿真。设计结果表明：该采集系统具有很高的实用价值，极大地提高了系统的信号处理能力。 关键词：可编程逻辑器件 Verilog HDL FIFO FSM随着数字时代的到来，数字技术的应用已经渗透到了人类生活的各个方面。数字系统的发展在很大程度上得益于器件和集成技术的发展，著名的摩尔定律（Moore's Law）的预言也在集成电路的发展过程中被印证了，数字系统的设计理念和设计方法在这过程中发生了深刻的变化。从电子CAD、 本文探讨的主题是基于Verilog HDL设计的EDA/PLD中的自动数据采集系统。随着数字技术的广泛应用，可编程逻辑器件（PLD）如Field-Programmable Gate Arrays (FPGA) 和 Complex Programmable Logic Devices (CPLD) 在电子设计自动化（EDA）中扮演着越来越重要的角色，它们为快速、灵活的系统设计提供了可能。Verilog HDL作为一种硬件描述语言，已经成为数字系统设计的标准工具，允许设计者以接近于自然语言的方式来描述硬件结构和行为。 在设计这种自动数据采集系统时，采用了自顶向下的设计方法，这是一种模块化的设计策略，从整体功能出发，将大系统分解为多个小模块，逐层细化，直至最基本的逻辑门级。Verilog HDL用于描述这些模块的硬件实现，包括状态机的设计。状态机是控制逻辑的核心，用于管理系统的不同操作阶段，如数据采集、存储和传输。例如，在本系统中，状态机可能包括等待采样、启动A/D转换、存储数据和等待中断请求等多个状态。 在该设计中，使用了MAX+PLUSII开发软件进行仿真，这是Xilinx公司的一款工具，用于逻辑设计、综合、仿真以及配置。仿真可以帮助设计师在实际制造前发现并解决潜在问题，确保设计的正确性。 数据采集的关键组件包括A/D转换器、FIFO（First-In-First-Out）缓冲区和可编程逻辑器件。A/D转换器如MAX196负责将模拟信号转化为数字信号，它具有高精度、快速转换速度和多种输入范围选择，适合各种应用场景。FIFO作为一个临时存储器，可以在A/D转换和DSP处理之间提供数据缓冲，确保数据流的连续性。EPM7128这样的CPLD用于实现控制逻辑，包括启动A/D转换、管理FIFO和与DSP之间的通信。 系统采用硬件控制的策略，由硬件触发A/D转换并将数据自动存入FIFO。一旦FIFO达到预设容量，它会向DSP发送中断请求，由DSP通过直接存储器访问（DMA）方式读取数据，这一过程不会中断数据采集，实现了高效的数据处理和实时性。 总结来说，这个基于Verilog HDL设计的自动数据采集系统利用了现代EDA工具和可编程逻辑器件的优势，提高了数字信号处理系统的性能和效率。它展示了如何将高级的设计概念转化为具体的硬件实现，以及如何通过状态机和FIFO优化数据流管理，确保了在复杂数字系统中的高效数据采集和处理。这种方法在实时测控系统和高速信号处理应用中具有广泛的应用前景。