基于FPGA的数据采集系统的设计，程磊，黄凡，在生产过程中，应用数据采集系统可以对生产现场的工艺参数进行采集，监视和记录，为提高产品质量，降低成本提供了技术手段。随着
国科技论文在线 不经过,而是通过的直接传输。通过外部主机控制,同时,提供所需 的时序信号、握手信号满、空等和输出使能等 ()可编程接口是主机方式,作为内部主机控制端点,其是一个可 编程状态机,可以生成多达个控制输岀信号和个地址输出信号,能外接个外部输入 信号和个内部输入信号。通过用户自定义的波形描述符来控制状态机,使用软件编程 读写控制波形,几乎可以对任何 接口的控制器、存储器和总线进行数据的主动读写, 非常灵活。 接口电路与 硬件连接及端口说明 在设计接凵时,与的通信采用 模式,同步读、写;由芯片作 外部的主控制器,对端点和端点进行异步方式的读、写控制,如图所示。其中, 为接口时钟,由产生 的时钟,接入芯片内部; 为标志管脚, 用于映射的当前状态,系统中用来标志端点和端点中的空、满标志,山寄存器 和 配置 为位双向数据总线,在系统中作为下传主 机发出的控制字和上传采集数据的通道 用于选择当前操作的端点缓冲区 用于使能数据总线的输出,当信号有效时,才能廾始从端点读入数据; 和分别作为的异步读、写选通信号。 是模式下 于 的连接示意图。中间是接模块对应的信号 CYC68013 ISB SLOD FPGA PKTEND Fcala15c 图 模式下与 的接口信号连接示意图 端口说明: 输人输出出 主机通过 与外部设备()进行数 据传输的数据线,可以用位或位数据线。设计中我们采用位数据线 输入:外部设备()对 的空满状态进行检测的 信号线,设计中 为低时有效,分别表示满和空。 输出:外部设备()对 进行控制的信号线,分别 表示输出使能,读,写,信号都是低有效。 输出:用于选择当前操作的端点缓冲区代表端点,代表端点, 代表端点,代表端点 输入: 为接口时钟,可由芯片内部产生 也可由外部 输入 国科技论文在线 主动命令芯片向上位发送数据的控制端。 软件设计说明 接口的软件设计有四个部分:用于实现系统的逻辑和时序控制的稈序设计: 固件程序 设备驱动程序以及客户端应用程序。 ()的设备驱动程序 设备驱动程序是一个软件组件,在装入后就成为操作系统内核的一部分。这些驱动程序 介于硬件与用户应用软件之间,为它们之间的通信提供桥梁。这里使用的是 公司开 发套件提供的名为 的驱动程序 )固件程序的设计 的固件程序负责处理机发来的各种设备请求,并负责控制 与外围电路进行数据传输。主要包括以下五项工作 初始化工作; 对设备进行重新列举 响应中断,并对中断作相应的处理; 数据的接收与发送; 外围电路的控制。 ()客户端应用程序 应用程序是系统与用户的接凵,它通过通用驱动程序完成对外设的控制和通信。主机端 的应用程序负责向的发送大量数据,使用 进行开发 提供 了主机端驱动程序 可适用于绝大数实际应用。在编写主机应用程序的时候,只 需调用相应的 函数向驱动程序提交各种申请,就能由驱动程序来完成相应的读、 写数据等各种功能。 接口调试过程及结果说明 接口调试过程 ()在中完成固件程序生成文件,通过上述介绍的控制面板将固件程序下载 到芯片上运行; 作为主控端,实现系统的逻辑和时序控制,需要接口模块程序,验证代码; )上电调试,通过控制面板显示端通过接∏电路与端实现通信吋,数据 传输的准确性,稳定性,速度等 接口调试结果说明 完成程序下载完成之后,接口电路接入开发板,的空满标志位 为高,在固件程序下载之后, 为高表 不满, 为低 测试将的数据写入的的仿真时序如下: 国科技论文在线 型即≯!笔 +'/sbtest FIF0ADR o.test/SLWR st1 /kb,test FDaa_ouz ①m画mm画画画 Bb testard dk nu叫 1m—m 仿真波形 将的数据写入的的 显小的时序波形如下: HC5LH330)U e- /uteb_elave.FData_out_buff coo p01002X000X0400X0c6X007X008 ⊥ UADR CLUI 图 显示波形 端最后显示的数据结果如下图,可以看到的数据可以准确传输。 卫E一 USi Interf F/-IISR Clear I oad tor s =ePR Jw select Mn e4Ox00 Weue0x0D00 rex OK0000 Length O Dir O OUT Hx日 =[0E404a10 Bul Trang.i Pipe2: Endpaint E HeY But Pipe 2: Endpoint 6 IN Altsatng O 1F013丸1121 1p1391是r3 F31r丸R卫 Rp1T·受1F1RT|R1-R1FR1 ID3 E8 lF E9 1 EAIE EB IF EC F C 1 EE IE EF LF 133F01F下11F21FF31FF÷⊥F下s1FE61FF71F F81FF91了FA1FFB1FrC 卫1FFF1F 图 端显示结果 () 读取端传输过來的的数据,仿真时序如下图 usb tel/SLCE St 机 LUUuLL-JLTTLLL z⑩~m删丽娜邮勋⑩(矿1通23422 图 仿真波形 国科技论文在线 读取端传输过来的的数据, 显示的时序波形如下: e1cX0 UNITEO MMILAILA滤 Bus signal o minier. r: c rin I D /u usb_slave.[Data out 1]mooo/ 000 F工pAg.[Q] AD n: n F(cx-n):1 图 显示波形 结论 基于 的数据采集系统不用了大容量,高性能的 器件,可以实现高速数据 采集,为了满足各个频率范围内模拟信号的采样,也可以扩大的深度,改变采样 时钟的频率。本文提出的基于 实现的采集系统方案简单,实用且可靠,其中 与之间通过接口电路,最终可以实现 的数据传输速度。 参考文献 王文武,曹治国,张贵清基丁和的并行数据采集系统的设计微计算机信息, 肖忠祥数据采集原理西安:西北工业大学出版社, 黄智伟 系统设计与实践京:电子工业出版社, 马明建,周长城数据采集与处理技术西安:无安交通大学出版社