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电子发烧友网>电子资料下载>可编程逻辑>FPGA/ASIC>如何使用FPGA进行数据采集系统电路设计?工作原理和设计过程详细分析

如何使用FPGA进行数据采集系统电路设计?工作原理和设计过程详细分析

2018-09-06 | rar | 1.60 MB | 次下载 | 免费

资料介绍

  本文介绍了基于FPGA的数据采集系统电路的工作原理和设计过程。根据数据采集技术原理,以Altera公司的EP2C8Q208C8N芯片为核心器件,通过ADC0809采集数据,并用DAC0832输出数据,在Quartus II平台上,通过VHDL语言编程完成数据采集系统电路的软件设计、编译、调试、仿真下载,再与外围硬件电路相结合调试,最终设计出数据采集系统电路。

  随着数字系统的发展,广泛应用于各种学科领域及日常生活,微型计算机就是一个典型的数学系统。但是它只能对输入的数字信号进行处理,其输出信号也是数字信号。而在工业检测控制和生活中的许多物理量都是连续变化的模拟量,如温度、压力、流量、速度等,这些模拟量可以通过传感器或换能器变成与之对应的电压、电流或频率等电模拟量。为了实现数字系统对这些电模拟量进行检测、运算和控制,就需要一个模拟量与数字量之间的相互转换的过程。即常常需要将模拟量转换成数字量,简称为AD转换,完成这种转换的电路称为模数转换器,简称ADC。

  EDA,即电子设计自动化(Electronic Design Automation)的缩写。它融合了大规模集成电路制造急速、ASIC测试和封装技术、FPGA/CPLD编程下载技术、自动测试技术、计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅助工程(CAE)设计的设计概念,为现代电子理论和设计的实现和发展提供了可能性[1]。

  EDA技术是一种综合性学科,打破了软件和硬件见的壁垒,把计算机的软件技术与硬件技术、设计效率和产品性能结合在一起,它代表了电子设计技术和应用技术的发展方向。

  EDA技术一般包括以下内容:1.大规模可编程逻辑器件;2.硬件描述语言;3.软件开发工具;4.实验开发系统[2]。

  FPGA,即现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array)的缩写。它是一种集成度较高的器件,属于复杂PLD。

  FPGA具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围宽等特点,在产品研发和开发中具有很大的优势。用FPGA做一些协议实现和逻辑控制,如果协议理解错误或者逻辑需要更改,不需要动PCB。另外,FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。目前FPGA的品种很多,有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等。本设计用的是Altera公司的EP2C8Q208C8N芯片,里面有68416个逻辑单元,并提供了622个可用的输入/输出引脚和1.1M比特的嵌入式寄存器。它提高了百分之六十的性能和降低了一半的功耗,而低成本和优化特征使它为各种各样的汽车、消费、通讯、视频处理、测试与测量、和其他最终市场提供理想的解决方案[3]。

  诞生于1983年的VHDL,是Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language的简称,1987年底,VHDL被作为“IEEE标准1076”发布。

  VHDL不仅可以作为系统模拟的建模工具,而且可以作为电路系统的设计工具,能通过Quartus II把VHDL源码自动转化为基本逻辑元件连接图,这极大的推进了电路自动设计[4]。

  VHDL能从多个层次对数字系统进行建模和描述,所以大大简化了电路设计的任务,提高了设计效率。

  由Altera提供的FPGA开发集成环境―Quartus II,因为其运行速度快,界面统一,功能集中,易学易用等特点,迅速占领了市场[5]。

  Quartus II支持VHDL、Verilog的设计流程,提供了完整的多平台设计环境,能满足各种特定设计的需要,同时,它还具备仿真功能,因此给系统的软硬件设计和调试带来了很大的便利。

  系统利用FPGA直接控制ADC0809对模拟信号进行采样,将转换好的8位二进制数据存储到存储器中,在完成对模拟信号一个或数个周期的采样后,通过DAC0832的输出端将数据读取出来。


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