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基于PCI总线的高速采集系统的研究与设计

作　者: 李旭鹏
导　师: 宣宗强
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 高速数据采集 FPGA DDR2 SDRAM PCI-9054
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


高速数据采集系统是现代信号与信息处理的基础,被广泛应用在通信、航天、雷达等多个领域。随着数字信号处理技术的不断发展,对数据采集系统的结构和要求也在不断的提高。不仅要求高的采样精度和采样速率,还要求将采集数据进行高速存储和显示。本系统采用FPGA和PCI9054芯片的组合使高速采集系统的整体性能有了更进一步的提高。本文阐述了一种高速数据采集、处理与传输的系统设计方案。系统设计为接收模拟中频信号,使用模数转换芯片ADC对接收信号进行500MS/s的高速采样,在FPGA中利用软件无线电技术实现信号的数字下变频、FFT时域到频域的转换。数据存储到DDR2-SDRAM中,并在DDR2-SDRAM和PCI9054芯片之间加入异步FIFO实现数据同步,PCI9054控制芯片接收DDR2-SDRAM的数据根据PCI协议传送到计算机中,完成数据的传输。本设计的难点在于DDR2-SDRAM的读写时序和PCI9054本地总线的时序控制。采用了Verilog HDL语言设计实现了该高速采集系统,并用Xilinx公司提供的Chipscope Pro在线逻辑分析仪进行验证与分析,结果表明本设计满足预期的性能指标。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 绪论  7-11
  1.1 研究目的及意义  7
  1.2 数据采集系统的发展过程与趋势  7-9
  1.3 论文主要工作和章节安排  9-11
第二章 数据采集系统的基本理论  11-25
  2.1 信号采样理论  11-13
    2.1.1 Nyquist 采样定理  11-12
    2.1.2 带通信号采样定理  12-13
    2.1.3 采样方式  13
  2.2 数字下变频理论  13-22
    2.2.1 数字下变频原理  13-14
    2.2.2 数控振荡器的工作原理  14-18
    2.2.3 CIC 滤波器的基本原理  18-19
    2.2.4 HB 滤波器  19-20
    2.2.5 FIR 滤波器原理  20-21
    2.2.6 影响数字下变频性能的主要因素  21-22
  2.3 DFT & FFT 的基本原理  22-25
第三章 系统总体方案  25-45
  3.1 系统设计方案  25-26
  3.2 高速数据采集模块  26-33
    3.2.1 高速采集系统设计框图  26-27
    3.2.2 ADS5463 芯片介绍  27-28
    3.2.3 FPGA 芯片介绍  28-29
    3.2.4 FPGA 控制ADC 模块设计  29-31
    3.2.5 波形仿真  31-33
  3.3 DDC 模块方案设计  33-36
  3.4 FFT 模块方案设计  36-44
    3.4.1 DFT FFT IP 核介绍  36-42
    3.4.2 DFT&FFT 的ModelSim 仿真波形及Matlab 验证  42-44
    3.4.3 结论  44
  3.5 本章小结  44-45
第四章 深度存储方案设计  45-57
  4.1 存储器的简介  45-51
    4.1.1 存储器的分类  45
    4.1.2 SDRAM 性能比较  45-47
    4.1.3 构造及寻址  47
    4.1.4 主要管脚功能简介  47-48
    4.1.5 基本操作  48-51
  4.2 DDR2 存储方案设计  51-54
    4.2.1 DDR2 IP 核介绍  51-53
    4.2.2 DDR2 SDRAM 设计方案  53-54
  4.3 波形仿真  54-55
  4.4 本章小结  55-57
第五章 PCI 接口模块方案与实现  57-69
  5.1 PCI 总线简介  57-58
  5.2 PCI9054 芯片介绍  58-64
    5.2.1 PCI 总线通用接口芯片简介  58-59
    5.2.2 PCL9054 工作方式  59-60
    5.2.3 PCI9054 数据传输模式  60-61
    5.2.4 PCI9054 接口电路介绍  61-63
    5.2.5 寄存器配置  63-64
  5.3 PCI9054 接口逻辑设计  64-67
    5.3.1 应用FIFO 的方案的实现  64-66
    5.3.2 DMA 传输过程  66-67
  5.4 波形仿真  67-68
  5.5 本章小结  68-69
第六章 总结与展望  69-71
致谢  71-72
参考文献  72-74
作者在读期间研究成果  74-75

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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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