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基于FPGA的高速数据采集系统设计

作 者: 禹应时
导 师: 蒋本珊
学 校: 北京理工大学
专 业: 计算机科学与技术
关键词: 现场可编程门阵列 数据采集 串行RapidIO RocketIO
分类号: TP274.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 237次
引 用: 1次
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内容摘要


随着科学技术的发展和数据采集技术在雷达、通信、航天测量、多媒体等领域的广泛应用,人们对高速数据采集系统的采样率和处理速度提出了越来越高的要求。现场可编程门阵列(FPGA)在20世纪90年代获得了突飞猛进的发展。经过20多年的发展,FPGA已成为实现数字系统的主流平台之一。本论文根据FPGA处理速度快、时钟频率高、易于修改的特点,以FPGA为核心进行高速数据采集系统的设计,并对系统的性能进行了评估,主要研究内容包括以下几方面:1)根据高速数据采集系统的任务与要求,给出了系统的总体设计方案。FPGA作为系统的控制逻辑,结合外围的模数转换器(ADC)、串行交换网络、Flash存储阵列和上位机,构建高速数据采集系统。2)按照自顶向下的设计方法,将系统划分为多个功能模块。本文采用VHDL描述语言,在ISE开发环境中实现了主要的功能模块,进一步利用Simulator仿真工具对模块的功能进行验证。3)此外,论文还给出了定量表示ADC动态性能的6个常用指标的计算方法。该方法基于快速傅里叶变换(FFT)算法,从频域分析数据采集系统的失真和噪声,以及多通道间的同步性。最后根据实验数据,给出了各指标的具体值,从而来衡量系统性能的好坏。根据本文提出的设计方法和实现策略,以FPGA为平台完成了整个系统的设计。实验结果表明:该系统能实现4路模拟信号同步采样,并且能达到系统的技术要求,满足系统应用的需要。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-8
第1章 绪论  8-11
  1.1 数据采集系统的意义  8
  1.2 数据采集系统的国内外现状  8-10
  1.3 课题来源  10-11
第2章 可编程逻辑器件与FPGA  11-16
  2.1 可编程逻辑器件  11-13
  2.2 FPGA 器件的现状  13
  2.3 FPGA 芯片的基本工作原理  13-14
  2.4 FPGA 的优缺点  14-16
第3章 RocketIO 及SRIO 传输技术  16-26
  3.1 RocketIO 高速串行组件  16-17
  3.2 RocketIO 技术简介  17-19
  3.3 串行RapidIO 传输技术  19-23
  3.4 串行交换网络  23-26
第4章 系统分析及功能芯片选择  26-29
  4.1 系统功能与技术要求  26
  4.2 系统需求分析  26
  4.3 FPGA 芯片选择  26-28
  4.4 ADC 芯片选择  28-29
第5章 系统的设计方案  29-40
  5.1 总体结构  29
  5.2 各功能模块的划分  29-30
  5.3 各模块设计原理  30-40
第6章 系统的实现与功能仿真  40-50
  6.1 数据格式处理模块  40-42
  6.2 采集控制模块  42-44
  6.3 时钟管理模块  44-46
  6.4 FIFO 模块  46-50
第7章 系统性能评估  50-59
  7.1 快速傅里叶变换  50-51
  7.2 动态性能指标  51-54
  7.3 通道间的一致性  54-55
  7.4 系统性能评估  55-59
第8章 总结  59-60
参考文献  60-63
致谢  63-64
附录A 采集控制模块的VHDL 描述  64-69

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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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