基于ARM和FPGA的多通道信号模拟系统设计_麻军伟

基于FPGA的多通道模拟量采集电路设计蔡晓乐;车炯晖;吴斌;荆立雄【期刊名称】《航空计算技术》【年(卷),期】2018(048)002【摘要】针对机载系统多通道模拟量采集处理的要求,研究了基于FPGA的多通道模拟量采集电路的设计.介绍了针对模拟量采集的前端信号调理电路的设计,包括滤波电路和双向限幅电路等.同时研究了利用FPGA控制多级多路模拟开关,通过轮转和多次测量等方法实现模拟信号到数字信号的高精度转换和记录,分析了设计电路的特性,包括高精度、高可靠性和多通道数等优点.最后经过实验测试,系统能够很好地实现多通道模拟量采集的需求,同时具有很高的转换精度.%In allusion to the requirement of multi-channel analog acquisition for airborne system,this pa-per proposes a circuit of multi-channel analog acquisition.A front-end signal conditioning circuit was de-signed for the analogacquisition,including filter circuit and the bipolar diode limitercircuit.Multistage multiplex switches control method with multiple measurements and polling way using FPGA is proposed to realize the conversion and record of analog signal to digital signal.Theoretical analysis shows that the pro-posed circuit has the advantages in acquisition precision,reliability and the multi-channel ability.Experi-mental results show that the system can meet the requirement of multi-channel analog acquisition well and has high conversion accuracy.【总页数】5页(P101-104,108)【作者】蔡晓乐;车炯晖;吴斌;荆立雄【作者单位】航空工业西安航空计算技术研究所,陕西西安710068;航空工业西安航空计算技术研究所,陕西西安710068;航空工业西安航空计算技术研究所,陕西西安710068;航空工业西安航空计算技术研究所,陕西西安710068【正文语种】中文【中图分类】V247.12;TP274【相关文献】1.多通道模拟量采集电路设计探讨 [J], 江耿丰;张兴国;冯丹2.基于FPGA的多通道数据隔离采集电路设计 [J], 张伟;任勇峰;孙涛;程惠3.基于FPGA的多通道信号采集电路设计 [J], 储成君;任勇峰;刘东海;储成群4.基于FPGA的多通道模拟量采集/输出PCI板卡的研制 [J], 徐燕;毛师彬;汤永东;白煊5.基于Cortex-M4医疗设备多通道模拟量采集器的设计 [J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于ARM和FPGA的多通道步进电机控制系统杨永清;吴学杰【摘要】提出了一种基于ARM和FPGA的既能同步又能异步的多通道步进电机控制系统设计方案,并完成系统的软件及硬件设计.采用STM32F407和FPGA芯片为核心控制器,选用L297+L298组合作为步进电机的驱动器.以C语言和Verilog HDL语言为开发语言对设计的芯片进行实际测试,采用Delphi 7软件设计控制系统的上位机人机交互界面.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】5页(P177-180,189)【关键词】STM32;FPGA;步进电机;Delphi;控制系统【作者】杨永清;吴学杰【作者单位】西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】TM383.6随着微电子技术和计算机科学突飞猛进的发展，步进电机因简单和可靠性高越来越多地应用于运动控制系统。

步进电机是一种开环控制电机，在自动控制系统中扮演者重要的角色，是其主要执行元件。

在非超载的情况下，步进电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响[1]。

传统的步进电机控制系统多采用单片机和DSP芯片作为其核心，通常以定时器的方式产生控制脉冲[2]，因此占用了较为可观的系统资源，脉冲频率更是为微控制器所限制，控制系统和驱动电路的设计复杂且昂贵，并在设计完成后很难再作修改或者灵活应用于其他场合，系统的可移植性比较差，并且难以实现人机交互，控制精度低。

本文提出的基于ARM和FPGA（现场可编程门阵列）的多通道步进电机控制系统实现了人机交互，参数可配置，具有使用灵活、修改方便、简单直观、可靠性高、可移植性强等诸多优点[3]。

多通道步进电机控制系统采用了人机操作界面管理级（PC端上位机）和实时控制级（STM32+FPGA模块），能够同时对8台两相混合式步进电机进行实时控制，使其同步或异步运行。

基于ARM+FPGA+多DSP的嵌入式实时图像处理系统关键字：实时图像处理FPGA FIFO实时图像处理、高速数据运算处理要求其系统具有对数据处理速度快、数据吞吐率高以及多任务处理功能。

目前大多数方案都是采用HPI数据传输方式，将ARM和DSP进行组合完成一些图像处理，DSP处理器只是完成图像采集、压缩、编码等简单的处理[1]工作，不能满足实时的智能识别或大数据量运算的视频处理要求。

在应用领域方面也会因其处理速度问题受到一定的限制。

例如，胎儿性别屏蔽项目中，要对实时视频进行性别部位的检测和屏蔽，若采用单DSP则会出现漏帧或视频不流畅；应用于高速运动物体跟踪时，单DSP无法实现实时运动物体跟踪，例如汉王科技的运动检测和海康威视运动检测，都不能实时检测，即使检测也会出现漏检现象和视频不流畅。

当处理4CIF或者更大图像时，单DSP的处理能力又会下降，虽然可以将图像缩小进行处理，但是缩小图像则会丢失一些重要的图像信息，使得智能识别准确率下降。

针对上述情况，设计一种能够实现进行快速信号处理和数据交换的实时图像处理系统很有必要。

1 系统结构1.1 结构系统功能：利用S3C6410进行数据整合、任务调度、人机交互；利用TMS320C6416进行算法运算；每个DSP与FPGA都是无缝连接。

设计中利用FPGA实现的FIFO进行与DSP之间的高速数据传输以及ARM对多个DSP的任务调度处理等。

系统结构如图1所示。

系统由1个ARM11处理器S3C6410(主处理器)与4个TMS320C6416(720 Hz)(从DSP）通过FPGA(EP2C70~7)实现互联的ARM+多DSP的嵌入式图像处理系统。

所有的DSP都通过外部存储器接口(EMIF)与FPGA无缝相连,每个DSP之间的数据传输是通过FPGA内部互联FIFO网络实现。

图2所示是一种互联的FIFO网络结构和高速数据传输网络结构。

主处理器通过DMA数据访问模式与FPGA的双口FIFO连接，从而实现与FPGA通过FIFO连接的所有从DSP进行通信，所有FIFO都是双向的，FIFO及其读写控制逻辑都在FPGA内部实现。

基于FPGA的多路数字信号编解码器的设计宋若愚;余娟;丁国宁;臧鹏【期刊名称】《计算机与数字工程》【年(卷),期】2013(041)007【摘要】Encoding and decoding technology is important measure in the modem digital communication.In the field of digital communication,coding can improve the transmission efficiency effectively,expanding the amount of data transmission.This paper describes a codec technology,multiplexing signals for voice,data and other FPGA-based implementations of the encoding/decoding method and a detailed description of the design process.%编解码技术是现代数字通信中信息处理的重要手段.在数字通信领域中,编解码技术可以有效的提高传输效率、扩大数据传输量.论文介绍一种编解码技术,基于FPGA对语音、数据等多路不同信号进行编码/解码的实现方法,对设计过程进行了详细的描述.【总页数】3页(P1199-1201)【作者】宋若愚;余娟;丁国宁;臧鹏【作者单位】空军预警学院武汉430019;空军预警学院武汉430019;空军预警学院武汉430019;空军预警学院武汉430019【正文语种】中文【中图分类】TN912.3【相关文献】1.基于FPGA的多路数字信号复分接器的设计 [J], 褚改霞;潘卫;王栋;胡文彬2.基于FPGA的多路数字信号复接系统设计与实现 [J], 赵怡;但涛3.基于多处理器结构的多路话音编解码器设计 [J], 郭巍;倪永婧4.基于FPGA的多路数字信号检测电路实验研究 [J], 高英姿;张伟明5.基于FPGA的曼彻斯特编解码器的设计 [J], 董毅;何刚强;梁汉文;倪凯诚;黄秋月因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

J o u r n a l of W u h a n P o l y t e c h n i c电子与计算机技术基于A R M 协调控制的多路信号采集系统马锐军，袁飞，赵先美(广东技术师范学院，广东广州510665)摘要数据采集是现代工控领域至关重要的一环，应用多处理器的主从控制模式可大大提高信号的采集与处理性能。

32位ARM 处理器进行信号的高速采集与处理，CAN 总线建立的拓扑网络负责多个处理器间数据、命令的有效对接，利用uC /OS -III 实时系统实现信号采集与 处理任务的调度，该模式可增进多个处理器间的协调控制，实现多路信号的采集和远程传输，还能增强系统的实时性和稳定性，同时可最大程度抑制线路传输干扰。

关键词：数据采集;ARM ;协调控制；uC /OS -III 操作系统中图分类号：TP 274.2文献标识码：A 文章编号：1671-931X (2017) 03-0080-04一、弓I 言在医药、化工、食品等领域生产过程中，随着生产 规模、制造过程和制造工艺的不断壮大，自动测试和 各种信息集成的要求也越来越高，为了满足不同的测 试需求，往往需要对系统一些关键信号进行采集与测 量[1]。

尤其在需要同时采集多个模拟通道的应用场合， 要求微机能自动检测多路信道，并进行信号的实时传 输和计算，以“获取和解读”有效信息[2-3]。

目前，国内外 对基于嵌人式的模拟信号采集系统做了大量的研究 工作：采用单个处理器的信号采集系统，其硬件资源 和处理能力有限，对多路模拟信号的采集与处理，效 率相对较低，且实时性能差；多处理器的信号采集系 统中，在不同的应用场合发挥着各自的优势，如基于FPG A 和D S P 的组合、基于A RM 和DSP/FPGA 的组合、基于A RM 和A R M 的组合等，该类系统处理器之 间的分工明确，可协同控制。

FPG A 和D S P 的工作速率快，为纳秒量级，可满足高速信号采样、数据处理和 存储的工作需求，尤其对矩阵处理很有优势，但是其硬件量大，很难做到小体积便携式，且设计复杂，价格高功耗大[4^。

0 引言光栅编码器作为一种重要的高精度位移测量器件，常用于运动伺服系统中，实现对运动位置的精确反馈[1]。

随着光栅编码器研制技术的发展，其测量精度、速度以及输出信号带宽也越来越高，因此，相应的对光栅信号采集及传输系统提出了更高的要求，要求采集系统具备采集速率高，传输速度快，抗干扰能力强等特点[2]。

传统的光栅数据采集系统多采用单片机或者专用的采集芯片作为处理器，存在采集速率低和灵活性较差的缺点[3]。

在信号传输上多采用RS232、RS485或CAN 等传输方式，存在传输速度低的缺点，并且目前电脑已经逐步淘汰这些接口，给测控系统设计及使用带来较大障碍[4]。

随着“工业4.0”及“互联网+”的发展，对数据的通信传输要求智能化和远程化[5]。

本文提出了一种基于FPGA+ARM 的光栅信号采集及传输系统，充分发挥了FPGA 的并行逻辑控制能力和ARM 的数据处理能力，以TCP/IP 协议完成了对数据的高速稳定传输，使得测控系统接口统一化，实现对数据的远端测控，具有采集速度快、带宽高、传输速度快和稳定等优点，可以完成对光栅数据高速的采集、处理和传输。

1 系统整体结构基于FPGA+ARM 的多路光栅数据采集系统的整体结构如图1所示。

多路光栅的输出信号经过差分转换及隔离电路后进入FPGA 中，FPGA 对多路光栅数据进行数字滤波、同步采集以及数据存储后通过FSMC 总线与ARM 端进行数据通信，ARM 端再以TCP/IP 协议以网口的形式将数据发送至上位机。

图1 系统的整体结构2 系统硬件电路设计2.1 光栅信号预处理电路光栅信号输出为RS422差分信号，输出高电平为5V，FPGA 为低电压逻辑电平，高电平为3.3V，为了便于FPGA 对信号进行采集，需要设计相应的信号调理转换电路将5V 的RS422差分信号转化为LVTTL 电平信号。

本次设计采用AM26LS32差分接收芯片，实现对测头差分信号到单端信号的转换，对信号采用了TLP2362型高速光电耦合器，降低了信号of multiplex grating data at the same time. It takes ARM microprocessor as the core to realize data processing and Ethernet transmission functions. Through the transplantation of Ethernet protocol stack, it realizes Ethernet communication with PC terminal via TCP/IP protocol. Experiments show that the system has good accuracy and stability, and can meet the requirements of raster data acquisition and transmission.Keywords:dataacquisition; FPGA; ARM; TCP /IP图2 STM32与FPGA 接口模块2.3 网络接口设计STM32F407自带以太网模块，只需外界PHY 芯片即可完成以太网通信实现10M/100Mbit/s 的数据传输速率，STM32与外部PHY 芯片使用RMII 接口进行连接，本次设计使用LAN8720A 作为PHY 芯片。

基于FPGA_ARM 的机载组合导航系统设计马帅旗;鲍存会【摘要】As to the problem of reduce the accumulate error and improve location accuracy in inertial navigation system,this paper de-signed an integrated navigation system,which consist of INS,GPS and magnetic heading meter.The position deviation and velocity deviation between GPS and INS were seen as observation parameters,and the position deviation and velocity deviation were estimated by Kalman filter, thus the accurate navigation parameter can be obtained.Experiment results show that this algorithm can effectively curb accumulated error, and can meet the requirements of accuracy and stability of the navigation system.%为了降低惯性导航系统的累积误差，提高导航定位的准确性，文章采用惯性导航系统、GPS 和磁航向计等构建了小型组合导航系统，以INS、GPS位置和速度的差值作为观测量，通过卡尔曼滤波器估计位置、速度和姿态等导航参数的误差量，进而获得准确的导航参数估计值；实验结果表明，该方法能够有效遏制系统累计误差，满足导航系统的精度和稳定性要求。

基于ARM和FPGA的多通道信号模拟系统设计麻军伟;刘卫东;雷娟【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2011(19)7【摘要】Signal Simulator is of great importance for facility testing, signal processing and other field. In order to achieve the demand of multi -channel synchronous signal for facility testing, a design method of Multi - channel Signal Simulator based on FPGA and ARM is presented, and the control modules of analog output implemented in FPGA are introduced in detail. ARM is mainly used for tasks management and states supervision. FPGA is mainly used for timing conversion and control. Control logic in the circuit design of FPGA combing VHDL with principle chart. The use of FPGA improves the system' s performance and simplifies design of the peripheral circuits. Experiment results demonstrate that the new design approach for electrical signal simulator is valid.%信号模拟系统在设备测试、数据处理等领域都有重要的意义;为了解决设备测试对多通道同步信号的需求,提出了一种基于ARM和FPGA的多通道信号模拟系统设计方法,主要介绍了以FPGA 为核心的模拟输出控制模块,其中采用ARM进行多任务管理,用FPGA实现时序转换和控制,FPGA的控制逻辑采用VHDL和原理图相结合的方法设计,使用 FPGA提高了系统性能并简化了外围电路设计,最后给出了模拟系统的实验结果,整个设计系统可模拟输出多路0.01Hz～40MHz的任意信号,说明了这种设计方案的有效性.【总页数】5页(P1767-1770,1777)【作者】麻军伟;刘卫东;雷娟【作者单位】西北工业大学航海学院,陕西西安710072;西北工业大学航海学院,陕西西安710072;水下信息处理与控制国家级重点实验室,陕西西安710072;西北工业大学航海学院,陕西西安710072【正文语种】中文【中图分类】TP302【相关文献】1.基于ARM和FPGA的多通道振动信号采集仪的设计 [J], 宋雅琪;韩晓军;荣锋;龚楚云2.基于ARM和FPGA的多通道步进电机控制系统 [J], 杨永清;吴学杰3.基于ARM和FPGA的多通道局部放电检测系统设计 [J], 贺威;胡晓娅4.基于FPGA并行技术的多通道被动声呐信号模拟 [J], 黄晓燕;冯西安;高天德5.基于FPGA的宽带雷达信号模拟系统设计 [J], 刘海波;曾大治;龙腾因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于ARM9的多路视频采集系统设计
操虹;卢荣胜;马程
【期刊名称】《现代显示》
【年(卷),期】2009(000)005
【摘要】针对近景大视场图像采集,提出了一种基于ARM9芯片S3C2410的多路视频采集系统.使用四个CMOS摄像头(OV7660)进行图像的采集,摄像头输出8位RawRGB格式的图像数据流.系统利用一片FPGA接受摄像头的输出时序,并参考这个时序控制SRAM地址将4个CMOS摄像头的一帧图象数据缓存于4个8位的SRAM中,然后通知ARM读取.ARM以32位总线同时读取图象数据后,将RawRGB格式的图像数据转换成常用的RGB格式,然后显示在LCD上.
【总页数】4页(P42-45)
【作者】操虹;卢荣胜;马程
【作者单位】合肥工业大学,安徽,合肥,230001;合肥工业大学,安徽,合肥,230001;合肥工业大学,安徽,合肥,230001
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.73
【相关文献】
1.基于ARM9的嵌入式视频采集系统设计 [J], 杨晓健
2.基于FPGA+ARM的多路视频采集系统设计 [J], 韩峰;袁安民;赵颖辉
3.基于DM648的多路视频采集与传输系统设计 [J], 李坤贺;曾熠;卢峥;吴昌昊
4.基于ARM9和USB摄像头的网络视频采集系统设计 [J], 于艳萍;朱晓智;王中训
5.基于ARM9的嵌入式视频采集系统设计 [J], 胡立锋;于春梅
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设计与应用计算机测量与控制.2011.19(7) Com puter Measurement &C ontrol收稿日期:2010-12-03; 修回日期:2011-01-13。

基金项目:水下信息处理与控制国家级重点实验室基金(9140C2302061001);船舶预研基金(08J3.9.9)。

作者简介:麻军伟(1983-),男,陕西蒲城人,汉,硕士研究生,主要从事控制理论与控制工程方向的研究。

刘卫东(1962-),男,陕西西安人,博士,教授,主要从事计算机测控系统、水下航行器控制与导引系统、计算机网络多媒体方向的研究。

文章编号:1671-4598(2011)07-1767-04 中图分类号:T P302文献标识码:A基于ARM 和FPGA 的多通道信号模拟系统设计麻军伟1,刘卫东1,2,雷 娟1(11西北工业大学航海学院,陕西西安 710072;21水下信息处理与控制国家级重点实验室,陕西西安 710072)摘要:信号模拟系统在设备测试、数据处理等领域都有重要的意义;为了解决设备测试对多通道同步信号的需求,提出了一种基于ARM 和FPGA 的多通道信号模拟系统设计方法,主要介绍了以FPGA 为核心的模拟输出控制模块,其中采用ARM 进行多任务管理,用FPGA 实现时序转换和控制,FPGA 的控制逻辑采用VH DL 和原理图相结合的方法设计,使用FPGA 提高了系统性能并简化了外围电路设计,最后给出了模拟系统的实验结果,整个设计系统可模拟输出多路0101H z~40M H z 的任意信号,说明了这种设计方案的有效性。

关键词:信号模拟;多通道;FPGA;ARMDesign of Multi -channel Signal Simulator Based on ARM and FPGAMa Junw ei 1,Liu Weido ng1,2,Lei Juan1(11Co llege of M arine,No rthw ester n P olytechnica l U niver sity,Xi .an 710072,China;21N atio nal K ey L abo rato ry on U nderw ater Info rmatio n Pro cess and Contr ol,Xi .an 710072,China)Abstract:Signal Simulator is of gr eat importan ce for facility testing,signal proces sing and other field.In order to achieve the demand of m ulti-chann el s ynch ron ou s sign al for facility testing,a design m ethod of M ulti-chan nel Signal Sim ulator based on FPGA and ARM is pres -ented,and the con tr ol m odules of analog output implemented in FPGA are in tr odu ced in detail.ARM is mainly us ed for tasks managem ent and states supervision.FPGA is mainly used for timin g con version and control.C ontrol logic in the circuit design of FPGA combing VHDL w ith principle chart.T he use of FPGA improves the s ystem .s performan ce and s implifies design of the peripheral circuits.Experiment re -s ults demons trate that the n ew design approach for electrical sign al sim ulator is valid.Key words :s ignal s imulator;mu lti-channel;FPGA;ARM0 引言信号模拟系统主要用于对特定信号进行模拟仿真和外场采集数据回放,以进行设备测试或数据分析,在水声、雷达、导航、科研以及教学等领域有着广泛的应用。

ARM+FPGA的多路高速AD接口电路设计的开题报告一、选题背景和意义在现代电子技术中，高速数字信号处理工程师和物理学家们面临着处理越来越复杂的信号和数据的任务。

在大多数应用场景中，为了生成数据，必须进行模拟采样。

然而，随着采样率越来越高，需要更高的精度、更快的转换时间和更大的动态范围。

此外，处理和传输大量数据的需求促使数字信号处理者采用更高效的技术。

因此，在此背景下，设计一个基于ARM+FPGA的多路高速AD接口电路将有非常重要的实际意义。

通过使用高速AD接口电路，可以将信号转换为数字信号，然后以数字形式传输和处理。

这个电路还可以将数字信号转换为模拟信号，这使得它非常适合于连接到现有的模拟电路中。

二、研究内容和目标本项目主要研究基于ARM+FPGA的多路高速AD接口电路设计，具体研究内容和目标如下：1.研究AD采集系统中的基本原理和常见的ADC芯片。

2.研究ARM和FPGA在数字信号处理中的优势和应用，了解两种技术的基本操作和工作原理。

3.设计和实现一个基于ARM+FPGA的多路高速AD接口电路，并进行仿真和测试。

4.验证该电路的性能和稳定性，并与常用的其他AD接口电路进行比较和分析。

三、预期成果本项目的预期成果如下：1.一个完整的基于ARM+FPGA的多路高速AD接口电路设计，并在硬件平台上成功实现。

2.包含设计方案、电路图、仿真结果和实验数据的论文。

3.具有较好性能和稳定性的AD接口电路，能够实现高速采集和数字信号处理。

四、研究方法和进度安排本项目采用以下研究方法：1.文献综述法：了解AD采集系统中的基本原理和常见的ADC芯片，研究ARM和FPGA在数字信号处理中的优势和应用。

2.系统分析法：分析AD接口电路设计的主要需求和难点，确定设计方案。

3.仿真和测试法：使用EDA工具进行电路仿真和测试，包括对电路功能、稳定性、噪音等方面的测试和分析。

4.实验室实践法：在硬件平台上进行验证实验和性能测试，分析实验结果，得出电路性能和稳定性的结论。