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基于AT84AS003的高速数据采集系统研制

作　者: 沈广涛
导　师: 蔡竟业
学　校: 电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 高速数据采集 AT84ASO03 FPGA DSP 数据分配器
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着电子产业不断发展,数据采集系统应用范围越来越广,在这个过程中,人们对其提出了越来越高的技术指标要求：高采集速率、高采样分辨率、高精度、大模拟信号带宽、大存储容量以及实时处理等,这意味着数据采集系统的电路结构设计、PCB绘制以及芯片选型也有了更高的要求。本文介绍了一款高速数据采集系统的研制,目标是达到1Gsps的最高采集速率和10 bit的分辨率。通过查阅文献进行研究分析,最终确定了ADC+FPGA+DSP的系统结构。前端高速ADC采用的是E2V的单片单通道芯片AT84AS003,后端存储处理部分采用了FPGA+DSP的结构,这种结合充分利用了FPGA逻辑灵活、速度高和DSP数据处理上的优势,具有灵活的结构和较强的通用性,适于进行模块化设计,可用于采集数据的实时处理。FPGA是系统的数据存储部分,ADC与DSP的连接桥梁,选用了Xilinx公司的Virtex-ⅡPro系列的XC2VP20。为了不让FPGA成为整个采集系统的瓶颈,特做了详尽周密的研究与设计,利用VHDL进行层次化的设计,并通过功能仿真验证了FPGA内部电路功能的正确性。DSP是系统的数据处理部分,并协助FPGA进行数据顺序的恢复,选用了TI公司的低功耗定点数字信号处理器TMS320VC5509A。课题先后完成了方案制定,硬件电路原理图设计,PCB绘制和代码编写调试,在最后的软硬件调试中,系统表现良好,初步达到了预期的目标。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章 绪论  12-15
  1.1 课题背景与研究意义  12
  1.2 国内外发展现状及趋势  12-13
  1.3 课题研究内容  13
  1.4 论文章节安排  13-15
第二章 系统方案设计  15-25
  2.1 高速数据采集相关理论与技术  15-20
    2.1.1 低通采样定理  15-16
    2.1.2 带通采样定理  16-17
    2.1.3 数据采集系统构成要素  17-18
    2.1.4 高速数据存储方案  18-19
    2.1.5 高速数据采集系统主要指标  19-20
  2.2 系统方案分析与设计  20-22
    2.2.1 方案分析  20-21
    2.2.2 系统方案  21-22
  2.3 主要器件选型  22-24
    2.3.1 ADC芯片选型  22-23
    2.3.2 FPGA芯片选型  23-24
    2.3.3 DSP芯片选型  24
  2.4 本章小结  24-25
第三章 系统硬件电路设计  25-42
  3.1 系统总体硬件电路  25-26
  3.2 数据采集模块  26-29
    3.2.1 AT84AS003外围及功能设定  26-28
    3.2.2 AT84AS003供电及去耦电容  28-29
  3.3 数据存储模块  29-32
    3.3.1 FPGA外围  29-30
    3.3.2 FPGA供电  30
    3.3.3 FPGA功能及模块划分  30-32
  3.4 数据处理模块  32-36
    3.4.1 DSP外围  32-33
    3.4.2 DSP供电  33
    3.4.3 DSP与FPGA通信  33-36
  3.5 电源设计  36-37
  3.6 PCB设计  37-41
    3.6.1 叠层分布  38
    3.6.2 电源层分割  38-39
    3.6.3 LVDS布线规则  39-41
  3.7 本章小结  41-42
第四章 FPGA逻辑设计及仿真  42-54
  4.1 FPGA设计基础  42-44
    4.1.1 ISE简介  42
    4.1.2 FPGA设计流程  42-44
  4.2 各模块逻辑设计与行为仿真  44-53
    4.2.1 时钟管理  44-45
    4.2.2 数据分配器  45-46
    4.2.3 双口RAM  46
    4.2.4 地址计数器  46-48
    4.2.5 片选译码器  48-50
    4.2.6 数据选择器  50-51
    4.2.7 顶层设计  51-53
  4.3 本章小结  53-54
第五章 系统测试与结果分析  54-67
  5.1 测试方案  54-56
    5.1.1 AT84AS003自测  55-56
    5.1.2 正弦波测试  56
  5.2 测试过程与结果分析  56-66
    5.2.1 测试过程  56-60
    5.2.2 结果分析  60-66
  5.3 本章小结  66-67
第六章 总结与展望  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-71
攻硕期间取得的研究成果  71

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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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