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基于Verilog-HDL设计的自动数据采集系统.docx
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2023-08-03
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基于Verilog-HDL设计的自动数据采集系统.docx
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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,着名的摩尔定律的预言也在集成电
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、电子 CAE 到电子设计自
动化,随着设计复杂程度的不断增加,设计
的自动化程度越来越高。目前,EDA 技术作
为电子设计的通用平台,逐渐向支持系统级
的设计发展;数字系统的设计也从图形设计
方案向硬件描述语言设计方案发展。可编程
器件在数字系统设计领域得到广泛应用,不
仅缩短了系统开发周期,而且利用器件的现
场可编程特性,可根据应用的要求对器件进
行动态配置或编程,简单易行地完成功能的
添加和修改。
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。因为要涉及大量的设计,为
了提高运算速度,应用了大量 DSP 器件。数
字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,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
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