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雷达高度表高速数据采集系统设计与实现
作 者: 马若飞
导 师: 胡修林
学 校: 华中科技大学
专 业: 通信与信息系统
关键词: 高速数据采集 Compact PCI FPGA FIR滤波器
分类号: TP274.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 18次
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内容摘要
本文介绍了一种基于Compact PCI总线的高速数据采集系统,该系统用于脉冲雷达高度表视频回波信号的实时采集,也可以用于其他通用的数据采集场合;系统采样率高达200MSPS,量化精度12bit,并且实现了小于0.3%的模拟信号静态失真度。目前,高性能数据采集系统设计和实现的难点并不在于信号的高速采样,而是在于数据的实时处理、传输和存储;传统的存储介质往往具有速度或者容量方面的不足,而数据向计算机系统的传输也往往会受到总线速度、操作系统响应延迟等因素的影响,这些都成为限制数据采集系统性能提高的瓶颈。经过大量的分析与论证工作,本课题决定采用高性能FPGA实现数据的实时处理,并根据系统的各项参数设计和实现了多级数据缓存系统,实现了ADC采样数据与Compact PCI总线之间的适配,然后用32bit/33MHz配置的Compact PCI总线和RAID 0组态的磁盘阵列来实现数据的高速传输和存储。本文首先对数据采集系统的基本原理和组成结构进行了阐述,然后根据系统的各项参数要求确定了总体方案,并对各项参数进行了计算和论证;然后用大量的篇幅对系统的硬件设计、FPGA逻辑设计、Windows下驱动程序以及应用程序的设计和具体实现进行了完整的论述;针对Compact PCI总线操作和操作系统中断响应的特点,对基于FPGA片内RAM、片外FIFO和主机物理内存的多级数据缓存系统以及高效的数据拆分、重组机制系统作了详细阐述。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-8 1. 绪论 8-13 1.1 数据采集系统的基本概念和原理 8-11 1.2 课题的应用背景及研究意义 11-12 1.3 课题的主要任务 12-13 2. 数据采集系统的总体设计 13-20 2.1 数据传输总线的选择 13-14 2.2 数据存储系统的选择和设计 14-15 2.3 总体设计 15-20 3. 硬件系统设计 20-29 3.1 Compact PCI 数据采集卡功能分析 20 3.2 采集卡硬件总体结构 20-21 3.3 视频回波信号调理电路设计 21-23 3.4 A/D 转换系统设计 23-24 3.5 FPGA 选型和设计 24-25 3.6 板载数据缓存设计 25-28 3.7 Compact PCI 接口电路设计 28-29 4.F PGA 逻辑设计 29-54 4.1 总体功能设计与模块划分 29-30 4.2 时钟管理模块 30-31 4.3 ADC 高速采样数据的同步机制 31-32 4.4 对采样数据的预滤波处理 32-40 4.5 控制信号的跨时钟域传输与亚稳态的消除 40-42 4.6 数据的跨时钟域传输 42-43 4.7 多级数据缓存控制逻辑设计 43-51 4.8 数据的可校验性设计 51-54 5. 驱动程序和应用程序设计 54-58 5.1 数据采集驱动程序设计 54-57 5.2 数据采集应用程序设计 57-58 6. 系统调试与验证 58-64 6.1 Compact PCI 数据采集卡的硬件调试 58-63 6.2 采集系统的联合调试 63-64 7. 结束语 64-65 7.1 本文内容总结 64 7.2 前景及展望 64-65 致谢 65-66 参考文献 66-68
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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