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基于FPGA的高速信号采集与处理系统

作 者: 杜建和
导 师: 王威廉
学 校: 云南大学
专 业: 通信与信息系统
关键词: FPGA 高速数据 采集 FFT 实时性
分类号: TP274.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 195次
引 用: 1次
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内容摘要


近年来,随着科学技术的发展,数字信号处理技术在各个领域得到了广泛的应用。人们以往通常使用DSP和ARM来对信号进行采集和处理,但由于DSP和ARM的许多功能都是靠软件来完成,整个软件的运行需要占采样时间的一部分,再加上它们不能很好地控制复杂的外围硬件电路的逻辑。使得它们在高速数据采集和处理上具有很大的缺陷。现场可编程门阵列(FPGA)具有实时性、可控制性和处理速度快等特点,它的出现使得高速数字信号的采集和处理变得越来越容易。本文设计了基于FPGA的高速信号采集板,并把所采集的信号数据在FPGA的开发板DE2上接收、验证和处理。在本课题中,设计的主要内容包括:1.精心选择A/D采样芯片,设计高速信号采集电路板。2.详细简绍FFT的工作原理,并在MATLAB下进行仿真说明。3.简绍关于FPGA方面的知识和设计所用的开发软件Quartus II 8.0。4.接收并验证所采集的高速信号,并对其做FFT变换。试验结果表明,使用FPGA能对高速的信号进行准确的采集和处理。整个系统的设计具有实时性好,精度高和可修改性强的特点,可以满足高数信号的采集和处理的需要,为从事高速信号采集和处理的相关人员提供了良好的方法和手段。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 绪论  7-10
  1.1 研究背景  7-8
  1.2 国内外研究现状  8-9
  1.3 本论文的主要工作  9-10
第二章 FPGA 技术  10-20
  2.1 FPGA 概述  10-14
    2.1.1 FPGA 的特点  10
    2.1.2 FPGA 的基本结构  10-14
  2.2 FPGA 的编程工艺  14
  2.3 DE2 开发平台  14-16
  2.4 选用的FPGA 芯片  16
  2.5 使用开发的软件Quartus II 8.0  16-20
第三章 高速信号采集电路板的设计  20-32
  3.1 设计概述  20-21
  3.2 电源端的设计  21-22
  3.3 时钟晶振  22-24
    3.3.1 时钟抖动问题的解决  22
    3.3.2 晶振的选取  22-24
  3.4. A/D 采样芯片  24-27
    3.4.1 ADS825 简介  24-25
    3.4.2 ADS825 管脚  25-27
    3.4.3 A/D 时序  27
  3.5 电路调试  27-31
    3.5.1 模拟信号部分  27-29
    3.5.2 数字部分  29-31
  3.6 采集板与DE2 开发平台的连接  31-32
第四章 数字信号处理  32-44
  4.1 快速傅里叶算法(FFT)  32-34
    4.1.1 DFT 的意义  32
    4.1.2 FFT 算法原理  32-34
    4.1.3 DIT-FFT 运算效率  34
  4.2 FFT 算法分析与其在MATLAB 下的仿真  34-36
  4.3 FFT ip core  36-39
    4.3.1 ip core 的概念  36-37
    4.3.2 FFT ip core 的简介  37-39
  4.4 FFT ip core 与其仿真实现  39-44
    4.4.1 DSP Builder 介绍  39-40
    4.4.2 FPGA 上实现数字信号处理  40-41
    4.4.3 仿真实现  41-44
第五章 实际信号的采集与实时处理  44-64
  5.1 系统总体硬件框图  44
  5.2 Signaltap Ⅱ  44-45
  5.3 Quartus Ⅱ工程  45-46
  5.4 实时信号的采集  46-50
  5.5 实时信号的验证  50-52
  5.6 各种采集信号的显示  52-54
  5.7 采集信号的频谱分析  54-64
    5.7.1 QuartusⅡ下FFT ip core 仿真  54-58
    5.7.2 实时信号的FFT 变换  58-64
第六章 总结与展望  64-65
  6.1 总结  64
  6.2 展望  64-65
参考文献  65-67
攻读硕士学位期间的科研成果  67-68
致谢  68-69
附录  69

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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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