基于fpga的多通道同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

《基于fpga的多通道同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在教育資源-天天文庫。

1、萬方數(shù)據(jù)第8卷第6期2008年3月1671-1819(2008)6—1466—04科學技術與工程ScienceTechnologyandEngineeringVoL8No．6Mar．2008@2008Sci．Tech．Engng．基于FPGA的多通道同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)楊隆梓段星輝魏煥東代作曉(中國科學院上海技術物理研究所，上海200083)摘要多通道同步數(shù)據(jù)采集是星載傅里葉光譜儀研制的關鍵技術之一。介紹了一種基于FPGA的64路通道數(shù)據(jù)同步采集系統(tǒng)，實現(xiàn)了高速高精度紅外干涉信號采集。本系統(tǒng)用FPGA實現(xiàn)了干涉信號采樣時序控制、打包排序

2、和USB接口的傳輸控制等功能，具有實時性好、抗干擾性強的優(yōu)點，并且具有一定的通用性。關鍵詞數(shù)據(jù)采集FPGAUSB采樣保持中圖法分類號TP274．2；文獻標志碼B一傅里葉變換光譜技術具有光譜分辨率高、光通量大、通道數(shù)量多的優(yōu)點，是目前工作波段應用最廣泛的光譜分光技術?。傅里葉變換光譜技術利用邁克爾遜干涉儀(或改進的形式)對入射光進行干涉，探測器把干涉信號轉換為電信號，經模數(shù)轉換，成為時域干涉圖。干涉圖與入射光的光譜圖存在傅里葉變換關系，對干涉圖實施傅里葉逆變換，就可獲得入射光的光譜信息。星載傅里葉光譜儀的干涉信號采集需要多通道同步采集

3、，而且對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采集傳輸速度和精度提出了較高要求。通常數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用MCU或DSP作為主控制器，控制ADC(模數(shù)轉換器)、存儲器和其他外圍電路工作。由于指令周期以及處理速度的影響，單片機對于多通道數(shù)據(jù)采集，往往達不到要求。DSP擅長處理密集的乘加運算，不適合完成外圍電路復雜邏輯控制。對于高速多通道數(shù)據(jù)采集，F(xiàn)PGA有MCU和DSP無法比擬的優(yōu)勢。FPGA時鐘頻率高，內部時延小，全部控制邏輯由硬件完成，速度快，組成形式靈活，可以集成外圍控制、譯碼和接口電路【2J。在干涉式大氣垂直探測儀研制過程中，我們設2007年12月25日收

4、到國家863課題(2007AAl22179)、中國科學院上海技術物理研究所創(chuàng)新項目(070715)資助第一作者簡介：楊隆梓(1979～)，男，漢族，江西南昌人，博士研究生，研究方向：光電儀器設計。Email：ykl56@sina．㈣。計了一種基于FPGA的多通道同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用FPGA實現(xiàn)了多達64路信號的同步采集時序控制、存儲擴展、USB接口控制等功能，完成了多路干涉信號的高速、高精度的同步采集。1硬件設計對于多通道模擬信號同步采集，模擬信號采樣保持后，有兩種處理方法。一是采用采用多片無差別ADC構成陣列來實現(xiàn)，二是采用多路

5、模擬開關加單片ADC【3J。由于信號輸出的路數(shù)很多，采用64并行輸出是不合理的，并且成本較高，所以在滿足性能指標要求下，采用第二種方法。同步采集的硬件電路主要有采樣保持電路(SampleandHoldAmplifiers)、多路選擇電路(Multi-plexer)、ADC、FPGA主控電路和USB2．0接口電路組成，如圖1所示。64路紅外模擬信號放大、濾波處理后送到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在FPGA的控制下，經過采樣保持、多路轉換和數(shù)模轉換后，進入FPGA。最后通過USB2．0接口傳送到Pc機。1．1數(shù)據(jù)采集模擬電路、本系統(tǒng)如圖1，對調理成一

6、2．5一+2．5V信號，在前向通道中使用16片4通道采樣保持器SMP-04采樣保持，再使用2片32通道的多路模擬開關ADG732依次選擇64路信號。ADC器件選擇萬方數(shù)據(jù)6期楊隆梓，等：基于FPGA的多通道同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采I‘t僦甄字量USB2．O“路調理樣64路采樣64選114位一>接口電后的模擬保后的模擬多路選一’A／D轉CONVSTFPGA--▲-_路持信號擇電路換電路電BUSY路tS／H控制信號TMUX粹制信魯I圖1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖LTCl414。在每個周期的開始，F(xiàn)PGA通過編程輸出脈沖至采樣保持器和多路選擇器。定時邏輯

7、送出脈沖至采樣保持器對模擬輸人取樣，然后選擇一個通道的模擬輸入，最后完成A／D轉換?？傊?，F(xiàn)PGA提供采樣保持、多路轉換和A／D轉換電路模塊所需要的各種狀態(tài)和控制時序邏輯。1．2FPGA及其外圍電路系統(tǒng)采用FPGA構建多路同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制電路。FPGA采用ALTERA公司CycloneII系列的EP2C35實現(xiàn)。EP2C35提供多達33，216個邏輯單元(LE)、35個18X18位乘法器、483，840比特內部RAM塊、專用外部存儲器接口電路、4個鎖相環(huán)(PLL)和高速差分I／O等功能HJ。FPGA的配置芯片，采用EPC8，容量

8、達8MBits。數(shù)據(jù)采集時序控制模塊片內雙口RAM儀器要求以高速率非連續(xù)方式存人數(shù)據(jù)，以較低的速率連續(xù)方式把數(shù)據(jù)傳給衛(wèi)星。數(shù)據(jù)存儲量應至少滿足存儲產生一次干涉圖的所有數(shù)據(jù)(64幅干涉圖)。FPGA模塊外擴了SRAM選擇CY7C1041