基于FPGA的多路光电编码器数据采集系统

基于FPGA的多通道数据采集系统设计大地电磁场携带着地球内部的结构、构造、温度、压力以及物质成分的物理状态等信息，为人们讨论板块运动的逻辑、追溯地球的演变历史提供了科学依据。

大地电磁探测是讨论大陆岩石圈导电性结构的有效办法之一，使人们从电性角度熟悉地球内部的构造形态，达到了解地下不同深度地质状况的目的。

该技术应用前景广泛，可用于地下更深层找矿、找水、找油、监测海底潜艇等，对国民经济和国防的进展都有重要的推进作用。

最常用的数据采集计划多以为核心，控制多路信号的采集及处理。

但因为本身的命令周期以及处理速度的影响，对于多通道A/D举行控制及数据处理，一般的MCU往往不简单达到要求。

考虑到器件的高集成度、内部资源丰盛、特殊适合处理多路并行数据等显然优于一般微处理器的特点，并针对大地电磁数据采集系统对实时性和同步性的要求，本文提出了一种多通道数据采集计划。

采纳FPGA与相结合的设计，采集主控制规律用FPGA实现，ARM用来实现采集数据的存储和数据传输控制。

1 系统总体结构系统总体结构1所示。

A/D转换器采纳TI公司的24位高精度模数转换器ADS1255；FPGA采纳公司的EP2C35；ARM为ARM9内核的处理器。

双口RAM由EP2C35内部存储器块配置而成，该双口RAM与ARM的系统相连，映射为ARM的一块内存区。

AD前端处理的作用是实现对信号的放大、衰减以及阻抗匹配，从而满足对输入信号的要求。

滤波网络滤除高频噪声和工频信号的干扰，增益放大通过ARM给出的控制信号实现对模拟信号的不同增益的放大处理。

ADS1255负责把模拟电信号转换成数字信号，可以通过功能挑选设置ADS1255工作在不同的工作模式下。

ADS1255的工作时钟由FPGA 提供，转变FPGA输出时钟的频率就能实现AD采样率的转变。

FPGA并行控制5路AD的数据采集，并把采集到的各路数据按挨次以字节的形式写入双口RAM中缓存。

FPGA对双口RAM的数据写入和ARM对数据的读取是通过乒乓传输结构实现的。

基于FPGA的多通道数据采集系统设计与实现摘要：近年来，随着国内航空事业的高速发展，现代空情变得日益复杂，航管雷达目标数据和地空话音通信数据作为航空空情数据保存以及事故分析的主要手段，在空管自动化系统中发挥越来越重要的作用。

其记录系统运行的稳定性、数据记录和回放的真实性是重要空情重演、异常事故分析准确可靠的关键因素。

在航管系统应用中，记录重演系统往往具有数据量大、记录通道多，数据的可靠性、实时性以及设备模块化要求高，并且要求长时间持续不断地进行记录和处理。

为此，文章对基于FPGA的多通道数据采集系统设计与实现方面展开详细研究，希望能够给相关人士提供重要的参考价值。

关键词：数据采集；信号处理；FPGA引言：为适应当前日益复杂的空情，提高航管数据采集的精确性和可靠性，设计了一种多通道雷达话音数据采集系统。

给出了系统硬件设计架构，利用FPGA作为数据采集和逻辑控制核心，实现了16路话音数据编解码以及８路雷达数据采集和转换。

应用层软件采用多线程开发技术和原子访问内存共享设计方案，提高了业务运行的效率以及系统的可靠性。

硬件电路及应用软件实现均采用模块化设计，具有良好的可移植性。

最后，对设计的系统进行了多通道话音和大时段大数据量雷达数据采集回放测试，并对话音和雷达数据采集误差精度进行了分析，验证了系统的可靠性和精确性。

1、系统硬件架构设计数据采集系统硬件系统由以下几个模块组成：MCU控制模块、FPGA算法模块、RS232雷达数据接收串口、FXO/FXS语音、时钟模块、电源模块、连接器等；其中MCU系统是本板的控制单元，完成对板上芯片初始化、性能检测以及通过串口实现本板与其他单板的通信；FPGA模块主要对采集的雷达数据和语音信号进行监控和记录，实现机场空管部门指挥调度的语音通话和雷达探测数据的同步记录和同步回放功能；RS232雷达数据采集串口模块实现简化的三线异步RS232接口的电平转换；FXO/FXS语音模块完成FXO/FXS语音信号的数字化，支持软件切换FXS或者FXO工作模式；时钟模块负责时钟产生、时钟驱动，为各模块提供所需要的时钟；电源模块提供整板各模块所需要的工作电压。

基于FPGA的多路光电信号采集存储系统设计党浩淮;赵冬娥【期刊名称】《光电技术应用》【年(卷),期】2014(000)001【摘要】In the view of the problem on the measurement of projectile coordinate based on laser screen that needs massive optical signals, the design of massive optical signals acquisition and storage system is proposed. FP-GA is used as the chip of acquisition and control and FLASH is used as the chip of storage. The collected photoelec-tric signals are temporarily placed in the FPGA build-in FIFO, and then these signals are processed in the FPGA and stored in the FLASH, and USB interface is used to communicate with computer. The simulation results show that the system could collect and store 64 digital signals successfully, it has flexible structure, simple operation, ac-curate data and large storage.%针对激光光幕法测试弹丸坐标时需要采集多路光电信号的问题，提出了以FPGA为采集及控制芯片，以FLASH为存储芯片的多路光电信号采集与存储系统的设计。

一种基于FPGA的多通道数据采集系统设计简志景0#4#梁昊-4(1.中国科学技术大学核探测与核电子学国家重点实验室，安徽合肥230026；2.中国科学技术大学近代物理系,安徽合肥230026)摘要：设计并实现了一种基于FPGA的四通道数据采集系统$系统由65MS/s的模数转换器AD9219实现对信号的高速采样$为满足采集数据实时存储的要求，设计了高速、大容量的DDR2硬件电路和接口逻辑$采集数据可通过USB接口上传至上位机，上位机负责数据的保存、处理和显示，同时控制数模转换器以直接数字合成的方式输出波形$测试结果表明，系统运行稳定可靠，可灵活控制$该系统为高性能数据采集提供了一套包括软硬件的整体解决方案，可以满足低温等离子诊断的要求$关键词：现场可编程门阵列；多通道数据采集；模数转换器；DDR2SDRAM中图分类号：TP216文献标识码：A DOI:10.19358/j.issn.2096-5133.2020.09.002引用格式：简志景,梁昊.一种基于FPGA的多通道数据采集系统设计[J].信息技术与网络安全,2020,39 (9):6-11.Design of multi-channel data acquisition system based on FPGAJian Zhijing1，2,Liang Hao1，2(1.State Key Laboratory of Particle Detection and Electronics,University of Science and Technology of China,Hefei230026,China；2.Department of Modern Physics,University of Science and Technology of China,Hefei230026,China)Abstract:A four-channel data acquisition system based on FPGA is designed and implemented.The system uses65MS/s Analog-to-Digital Convert(ADC)AD9219to realize high speed sampling.In order to meet the requirements of real一time storage of collected data,a high-speed and high-capacity DDR2hardware circuit and interface logic are designed.ADC data can be uploaded to the host computer through the USB interface.The host computer is responsible for the data storage,processing and visualizing.It can also control the Digital-to-Analog Convert(DAC)to output waveforms in the way of direct digital synthesis.The test results show that the system is stable,reliable and can be controlled flexibly.The system,including software and hardware,provides an overall solution for high-performance data acquisition,which can meet the requirements of low-temperature plasma diagnosis.Key words:FPGA；multi-channel data acquisition；ADC；DDR2SDRAM0引言在低温等离子体诊断领域,Langmuir单探针方法由于结构简单、测量范围大和结果可靠而被广泛应用#目前以单片机为主控芯片的传统诊断设备采样率较低,一般不超过400kS/s[1],甚至只有38kS/s[2],这些设备的ADC数据接口通常采用SPI或I2C,数据传输能力有限,而且数据处理大多依赖软件设计,难以满足现在高速、高精度、长时间和大容量的测量要求[3]$准确高效地获取这些数据对等离子体特性的研究有重要意义$为了提高诊断结果的准确性,需要采集大量的实验数据$本文提出了一套基于FPGA的四通道数据采集硬件系统,每通道采样率为65MS/s,硬件中的ADC与FPGA之间采用高速LVDS信号进行数据传输,并且完成了基于.net框架下WPF技术的上位机可视化软件开发，实现了高速、大容量的数据采集、处理和显示$该系统可以由上位机灵活控制并长期稳定运行$1系统总体架构设计FPGA作为主控芯片控制数模转换器(DAC)输出 激励波形如三角波、锯齿波和正弦波等，波形的幅度、频率和相位等均可由用户在上位机设置#DAC 产生的波形信号经过电压放大和功率放大后施加在等离子体上进行扫描$通过采样电阻将微弱的电流信号转换为电压信号，放大后的电压信号被模数转换器(ADC)采集%传输给FPGA并缓存在DDR2中，当缓存达到所要求的数据量时,上位机控制FPGA 将DDR2中的数据通过USB上传、保存、处理和显示$系统总体结构如图1所示$图1系统总体框图2器件选型2.1FPGA选型FPGA作为系统控制的核心,为系统提供了足够强大的可重构能力，选型时需要兼顾性能与成本$本设计选用了Intel公司Cyclone III系列的EP3C25F324C6芯片=4>,该芯片成本低，具有丰富的逻辑资源，包括24624个逻辑单元，608256bit片上存储空间,4个锁相环，215个可用I/O，其中高速差分引脚83对，最高数据速率875Mb/s，C6系列速度等级最高，可支持最高200MHz时钟频率的DDR2，完全能够满足系统的要求$为FPGA设计了JTAG和AS两种配置接口，JTAG可以将配置逻辑下载到FPGA并使用SignalTap读回数据，方便调试，但由于SRAM工艺的FPGA掉电后数据不能保存，因此需要AS方式将配置逻辑烧录到非易失性的EPCS中存储$2.2ADC选型为了实现对等离子体数据的高速数字化，系统采用了ADI公司的AD9219模数转换芯片=5>，AD9219是内置4个独立通道的ADC，采样率为65MS/s，分辨率10bit$AD9219的模拟输入和数字输出都是差分信号，输出为650Mb/s的高速LVDS信号，差分输入范围为2Vpp$2.3其他器件选型DAC采用了双通道12位的AD5405，刷新频率可以达到21.3MS/s$DAC电路设计为单极性输出，输出电压符合：!our=-!關!"⑴其中!ref为DAC的参考电压，D为从0到4095的数字码值，分辨率#为12$DDR2SDRAM存储芯片选用了Micro公司的MT47H32M16NF颗粒$DDR2在与FPGA进行连接时，应将DDR2的DQS管脚和DM管脚与FPGA中相关管脚相连，因为通过这些管脚的信号工作频率较高，对信号完整性要求也比较高$FPGA不同Bank所能支持DDR2的最大工作频率不同两，使用底部或顶部Bank可以支持到200MHz，而左右Bank仅能支持到167MHz$本设计选择了底部Bank放置相关接口，在200MHz工作频率下理论带宽可达6400Mb/s，可以满足四通道ADC共计2600Mb/s的数据传输要求$容量为512Mb，用来缓存获取的大量数据$ 3FPGA逻辑本设计采用Verilog语言在Quartus II13.0上实现了ADC数据采集%DDR2控制和直接数字合成(DDS)等功能，在完成仿真％综合％布局布线后，生成了下载文件#FPGA总体逻辑框图如图2所示#IJSB 图2FPGA总体逻辑框图I)I)R2a nm1—Kt\r ir v Controller—丿3.1ADC数据采集逻辑FPGA在接收ADC输出的高速LVDS串行信号时，需要考虑数据输出时钟(Data Clock Output，DCO)边沿与数据边沿所存在的相位差，这种相位差主要来自ADC自身，AD9219中约为770ps,此外_不同的电路板走线长度也会产生延时差，在硬件布局布线设计中可以对板上走线延时设置约束,本设计中时钟和数据走线延时差小于5ps。

基于FPGA 的多通道数据采集系统设计Design of multi-channel data acquisition system based on FPGA刘欣萌LIU Xin-meng（西安航空学院，西安 710077）摘 要：为了对多路图像数据能够同时进行采集，打包，发送到上位机，提出了基于FPGA的多通道数据采集的方案。

采用FPGA+异步RS422总线+千兆以太网的硬件平台和每一路图像数据循环采集的算法，实现了多路图像数据通过异步RS422串行总线进入FPGA处理，再通过千兆以太网发送到上位机。

在FPGA中，对每一路图像数据单独加MAC地址，IP地址，UDP帧头和通道号标记，采用多通道数据循环采集算法，克服了出现丢失某一通道图像数据的现象和通道数错乱现象。

以5台摄像模块作为数据源进行试验，结果表明，每一路图像数据完全正确传送到上位机进行显示，图像数据未出现丢包，错误，马赛克等现象，满足预期要求，达到了检测传输多路数据的目的。

关键词：多通道数据采集；FPGA逻辑控制；千兆以太网中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2017)02-0036-05收稿日期：2016-09-27作者简介：刘欣萌（1990 -），女，陕西西安人，助教，硕士研究生，研究方向为综合交通运输网络布局等。

0 引言数据采集，是指将采集到的数据进行传输、处理、存储及显示等的操作设备[1]，数据采集系统是数据采集结合基于计算机的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。

目前被广泛应用于航空航天、交通运输、电子测量、雷达等领域[2～5]。

国内数据采集系统，受超高速率、超大数据量以及钟同步等重要指标制约[6]。

传统的设计形式存在一次只采集一路数据且传输距离较短、容易丢包等缺陷，已经远远不能满足实际工程应用的需要。

另一方面，从设计的角度考虑，因为同时采集并传输多路数据要兼顾准确性和速度等众多因素，所以必须采用新的设计思路与方法来实现，以保证数据采集的稳定性和可靠性。

一种基于FPGA的多通道数据采集系统设计与实现随着科技的发展和应用场景的日益多样化，对于数据采集系统的需求也愈发增长。

在许多应用领域中，需要同时采集多个通道的数据，并实时进行处理和分析。

为了满足这一需求，一种基于FPGA（现场可编程门阵列）的多通道数据采集系统应运而生。

本文将重点介绍这种系统的设计与实现。

在设计过程中，首先需要确定系统的性能指标和需求，以便为后续的设计和实施提供指导。

多通道数据采集系统的主要任务是同时采集多个通道的信号，并将其传输给后续的处理单元或存储单元。

因此，系统的设计需要考虑以下几个方面：1.采样率：系统需要能够支持高速的数据采集，以确保采集到的数据具有足够的准确性和精度。

因此，系统的设计中需要考虑到采样率，并选择适当的硬件资源来满足性能需求。

2.通道数：系统需要支持同时采集多个通道的数据。

这涉及到选择适当的输入接口和数据传输协议，并设计合理的硬件电路来实现这一功能。

4.实时性：多通道数据采集系统需要能够实时地采集和传输数据，以满足实时处理和分析的需求。

为了实现实时性，可以利用FPGA的并行计算和高速数据交换的能力，通过合理设计硬件电路和流水线，来提高系统的处理速度。

基于以上需求和考虑因素，可以按照以下步骤设计并实现多通道数据采集系统：1. 确定输入接口和传输协议：根据系统的应用场景和需求，选择适当的输入接口和数据传输协议。

例如，如果需要采集模拟信号，则可以选择适当的模数转换器（ADC）作为输入接口；如果需要高速数据传输，则可以选择PCIe或Ethernet等传输协议。

2.硬件电路设计：设计合理的硬件电路来实现多通道数据采集功能。

这涉及到选择适合的FPGA芯片，并设计模数转换电路、数据缓冲区和数据传输电路等。

3. 编程和配置：选择合适的开发工具和编程语言，对FPGA进行编程和配置。

可以选择使用相关的开发工具和设计语言，如VHDL（VHSIC Hardware Description Language）或Verilog等。

基于FPGA的多通道数据采集系统设计与实现概述多通道数据采集系统是一种用于同时采集和处理多个信号通道的系统。

基于现场可编程门阵列（FPGA）的多通道数据采集系统具有高速、灵活、可编程性强等优点，因此在工业控制、医学诊断、科学研究等领域广泛应用。

本文将重点介绍基于FPGA的多通道数据采集系统的设计与实现。

系统设计多通道数据采集系统的设计主要分为硬件设计和软件设计两个部分。

在硬件设计方面，需要选择合适的FPGA芯片作为主控芯片。

FPGA芯片应具备较高的性能和丰富的资源，以满足系统的需求。

此外，还需要选择合适的ADC（模数转换器）芯片用于将模拟信号转换成数字信号。

通常情况下，每个通道需要一个独立的ADC芯片。

选择合适的ADC芯片需要考虑采样率、精度等参数。

在软件设计方面，需要编写FPGA的逻辑设计代码。

逻辑设计代码主要包括时序逻辑和组合逻辑。

时序逻辑用于控制ADC芯片的采样时钟、数据输入和输出时序等，保证数据的正确采集和传输。

组合逻辑用于实现数据的处理和存储等功能。

此外，还需要编写驱动程序用于控制FPGA芯片的配置和数据读写操作。

系统实现多通道数据采集系统的实现过程主要包括硬件实现和软件实现两个阶段。

在硬件实现阶段，首先需要进行FPGA芯片的引脚分配和连接。

根据系统需求，将FPGA芯片的输入输出引脚与ADC芯片的输入输出引脚相连接。

然后进行PCB设计和电路布线，制作板卡。

接下来进行电路调试和功能验证，确保系统的稳定性和功能正常。

在软件实现阶段，首先需要编写FPGA的逻辑设计代码。

根据系统需求，设计数据采集和处理的算法，并将其转化为FPGA的逻辑电路。

然后使用FPGA开发工具对逻辑设计代码进行综合、布局和时序优化。

最后生成可烧写到FPGA芯片的位文件。

总结基于FPGA的多通道数据采集系统实现了高速、灵活和可编程性强的优势。

通过合适的硬件设计和软件设计，可以实现较高的采样率和精度，满足不同领域的应用需求。

基于FPGA的多通道高速数据采集系统设计共3篇基于FPGA的多通道高速数据采集系统设计1随着现代科技的高速发展，各种高速数据的采集变得越来越重要。

而基于FPGA的多通道高速数据采集系统因具有高速、高精度和高可靠性等优点，逐渐受到了越来越多人的关注和青睐。

本篇文章将围绕这一课题，对基于FPGA的多通道高速数据采集系统进行设计和探讨。

1、FPGA的基础知识介绍FPGA（Field-Programmable Gate Array）是可重构的数字电路，可在不使用芯片的新版本的情况下重新编程。

FPGA具有各种不同规模的可用逻辑单元数，可以根据需要进行定制化配置。

FPGA可以根据需要配置每个逻辑单元，并使用活动配置存储器从而实现功能的完整性、高速度和多样化的应用领域。

2、多通道高速数据采集系统的设计在高速数据采集领域中，多通道采集是非常常见的需求。

多通道采集系统通常由高速采集模块、ADC芯片、DSP芯片等核心部件组成。

在本文中，我们将会采用 Analog Devices（ADI）公司的AD7699高速ADC和Xilinx（赛灵思）公司的Kintex-7 FPGA，来设计多通道高速数据采集系统。

2.1系统架构设计系统架构是设计一个多通道高速数据采集系统的第一步。

本系统的架构由两个主要芯片组成，分别为高速的ADC模块和FPGA模块。

其中ADC模块负责将模拟信号转换为数字信号，而FPGA模块则负责将数据处理为人类可以处理的数据。

2.2模块设计由于本系统是多通道高速数据采集系统，所以我们需要设计多个模块来完成数据采集任务。

在本系统中，每个模块包含一个ADC芯片和一个FPGA芯片，用于处理和存储采集的数据。

ADC 芯片可以通过串行接口将数据传递给FPGA芯片，FPGA芯片则可以将数据存储在DDR3内存中。

2.3信号采集与处理对于多通道高速数据采集系统，信号的采集与处理是至关重要的。

因此我们需要谨慎设计。

在本系统中，每个通道的采样速率可以达到1MSPS，采样精度为16位。