基于fpga的高速數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)的設(shè)計

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1、目錄1緒論51.1課題的研究背景及意義51.3課題的提出與要求71.4整體設(shè)計方案72系統(tǒng)硬件設(shè)計82.1系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)82.2模擬信號采集通道的設(shè)計92.3數(shù)字信號采集通道的設(shè)計102.4開關(guān)量采集通道的設(shè)計102.6A/D轉(zhuǎn)換器的選擇132.7中心控制模塊的設(shè)計172.8存儲器模塊的設(shè)計182.8.1FLASHMEMORY的分類及比較182.8.2K9F1G08管腳描述202.8.3K9F1G08內(nèi)部結(jié)構(gòu)描述202.8.4K9F1G08在系統(tǒng)中的應(yīng)用212.9本章小結(jié)223FPGA可編程邏輯器件233.2.1可編程邏輯塊陣列243.2.2可編程輸入/輸出塊253.2.3互連資源253

2、.2.4時鐘電路263.3.1FPGA的通用設(shè)計過程263.3.2FPGA時序仿真273.3.3模擬量采集模塊的時序仿真28第47頁共47頁3.3.4數(shù)字量采集模塊的時序仿真283.3.5開關(guān)量采集模塊的時序仿真293.3.6存儲器模塊的時序仿真304結(jié)論32第47頁共47頁1緒論1.1課題的研究背景及意義隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，新技術(shù)革命將把人類由工業(yè)化社會推進到信息化社儲為主要內(nèi)容的數(shù)據(jù)采集測試技術(shù)，已形成了一門專門的技術(shù)科學(xué)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是計算機、智能儀器與外界物理世界聯(lián)系的橋梁，是獲取信息的重要途徑。數(shù)據(jù)采集技術(shù)是信息科學(xué)的重要分支，它不僅應(yīng)用在智能儀器中，而且在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、國

3、防軍事及科學(xué)研究等方面都得到廣泛應(yīng)用，無論是過程控制、狀態(tài)監(jiān)測，還是故障診斷、質(zhì)量檢測，都離不開數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[1]。數(shù)據(jù)采集的任務(wù)，具體地說，就是采集傳感器輸出的模擬信號并轉(zhuǎn)換為計算機能識別的數(shù)字信號，然后送入計算機或相應(yīng)的信號處理系統(tǒng)，根據(jù)不同需要進行相應(yīng)的計算和處理，得出所需要的數(shù)據(jù)。與此同時，將計算機得到的數(shù)據(jù)進行顯示或打印，以便實現(xiàn)對某些物理量的監(jiān)視，其中的一部分?jǐn)?shù)據(jù)還將被控制生產(chǎn)過程中的計算機控制系統(tǒng)用來控制某些物理量。存儲測試系統(tǒng)是一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)，包括數(shù)據(jù)采集記錄硬件和計算機數(shù)據(jù)分析處理軟件；一般情況下，將信息量化采集后先存入系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲器，等任務(wù)執(zhí)行完后再進

4、行事后的數(shù)據(jù)讀取和分析；數(shù)據(jù)采集記錄硬件部分在工作完成后進行回收，以便進行數(shù)據(jù)回讀[2]。一個大型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由以下幾個部分組成：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理、分析和顯示等。數(shù)據(jù)采集技術(shù)的發(fā)展離不開傳感器和計算機控制技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)化測量、采集和控制是其發(fā)展的必然趨勢。數(shù)據(jù)采集幾乎無孔不入，它已滲透到了地質(zhì)、醫(yī)藥器械、雷達(dá)、通訊、遙感遙測等各個領(lǐng)域，為我們更好的獲取信息提供了良好的基礎(chǔ)。目前，數(shù)據(jù)采集測試技術(shù)已經(jīng)在許多重大武器型號的研究、研制、生產(chǎn)、驗收和使用中得到成功應(yīng)用，并取得了一系列重要科研成果。在航空、航天、機械、電子等多個領(lǐng)域，解決了過去無法解決的重大測試難題，顯示出了突

5、出的優(yōu)越性。1.2課題的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景近幾年，Internet網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展，各式各樣的網(wǎng)概念個技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如電子商務(wù)（B2B、B2C第47頁共47頁等）、對等網(wǎng)絡(luò)（P2P）、Net、移動電子商務(wù)、無所不在的電子計算等等，他們改變著人們的生活和工作，同時也深刻的影響著工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的各種采集、控制、監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DateAcquisitionSystem,簡稱DAS）目前在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，在工業(yè)領(lǐng)域存在大量遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，這些系統(tǒng)支持著工業(yè)領(lǐng)域，如電力、軍事、通信等各種生產(chǎn)的正常運行。具體應(yīng)用如水、電、煤氣調(diào)度SCADA系統(tǒng)，電力變電站綜合自動化系統(tǒng)等。在這

6、些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中訪問裝置數(shù)據(jù)源是必須的功能，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是工業(yè)控制和監(jiān)控系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)采集技術(shù)是存儲測試技術(shù)的一個重要組成部分，是以傳感器、信號測量與處理、計算機等技術(shù)為基礎(chǔ)而形成的一門綜合應(yīng)用技術(shù)。它研究信息數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理及控制等作業(yè)，具有很強的使用性。目前，數(shù)據(jù)采集技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、測自動試系統(tǒng)、智能儀器儀表、遙感遙測、通訊設(shè)備、機器人、高檔家電等方面?？梢灶A(yù)見，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)與計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集技術(shù)將在雷達(dá)、通信、水聲、遙感、地質(zhì)勘探、無損監(jiān)測、語音處理、智能儀器、工業(yè)自動控制以及生物醫(yī)學(xué)工程眾多領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。特別是計

7、算機的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化可以更好地協(xié)調(diào)工作，增強系統(tǒng)的可靠性，勢必推動數(shù)據(jù)采集在更加廣闊的領(lǐng)域應(yīng)用[3]。1.3課題的提出與要求現(xiàn)在，以PC作為平臺發(fā)展的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已成為當(dāng)前數(shù)據(jù)采集技術(shù)的重要發(fā)展方向。國外很多公司與廠商都投入巨資進行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研制開發(fā)與生產(chǎn)銷售，其中比較著名的有NEFF、IOTECH、NI、HP、TEK、ZONIC和VMIC等。他們不斷推出各種性能優(yōu)異、種類齊全的產(chǎn)品?，F(xiàn)在應(yīng)用比較廣泛的有這么幾類采集系統(tǒng)，ISA數(shù)