數(shù)據(jù)采集是信號與信息系統(tǒng)中一個重要的組成部分，也是數(shù)字信號處理的關鍵環(huán)節(jié)。本論文主要介紹一種基于FPGA的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，提出一種由高速A/D轉(zhuǎn)換芯片、高性能FPGA和PCI總線接口組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方案及其的硬件電路實現(xiàn)方法。該系統(tǒng)利用AD器件對信號進行放大、差分轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換，利用FPGA設計內(nèi)部模塊和時鐘信號來進行電路控制及實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩存、數(shù)據(jù)傳遞等功能，最后通過PCI邏輯接口把暫存在FPGA的數(shù)據(jù)傳送到PC主機。FPGA作為采集系統(tǒng)的核心部件，完成了內(nèi)部數(shù)字電路設計，使系統(tǒng)具有很高的可適應性、可擴展性和可調(diào)試性。 本論文從研究數(shù)據(jù)采集的理論出發(fā)，重點研究了A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換、FPGA芯片設計及PCI總結(jié)接口設計，完成了系統(tǒng)的各級電路硬件設計，并通過系統(tǒng)仿真驗證了系統(tǒng)的可行性。
標簽： FPGA 數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)研究
上傳時間： 2013-04-24
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高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在信號檢測、雷達、圖像處理、網(wǎng)絡通信等領域有廣泛應用，不同的應用要求使用不同的總線和不同的設計，但是，無論基于何種應用，其設計的關鍵在接口的實現(xiàn)上。 @@ 隨著cPCI總線技術(shù)的發(fā)展，cPCI總線逐漸代替了PCI總線、VME總線，成為測控領域中最受人們青睞的總線形式。 @@ 為滿足高速采集過程中數(shù)據(jù)傳輸速度的要求和采集卡與PC機連接的機械強度的要求，本論文提出設計基于cPCI總線接口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。設計中利用單片F(xiàn)PGA芯片實現(xiàn)PCI協(xié)議，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的FIFO芯片和串并轉(zhuǎn)換芯片，并完成對模擬電路的控制功能；并提出將應用程序中的一部分數(shù)據(jù)讀寫操作放入動態(tài)鏈接庫中，減少因應用程序反復調(diào)用驅(qū)動程序而造成的資源浪費和時間的延遲。 @@ 通過分析PCI總線協(xié)議，理解高頻數(shù)字電路設計方法和高速數(shù)據(jù)采集原理，本文開發(fā)了基于cPCI接口的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。經(jīng)過綜合測試和現(xiàn)場應用驗證表明，采集系統(tǒng)已達到了要求的性能指標。 @@關鍵詞：FPGA；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；cPCI； PC
上傳時間： 2013-07-08
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高速大容量數(shù)據(jù)采集存儲技術(shù)在通信、航天、氣象、雷達等多個領域中擁有著廣泛應用。各領域科技與信息技術(shù)不斷發(fā)展，對數(shù)據(jù)的采集和傳輸速率要求越來越高，對數(shù)據(jù)存儲的速度和容量要求也越來越高。高速數(shù)據(jù)存儲主要包括存儲介質(zhì)選取、存儲器控制、數(shù)據(jù)存儲和總線應用等，如何實時、高速、連續(xù)大量地采集存儲數(shù)據(jù)是一個關鍵性問題。 本文設計了一種基于FPGA控制的高速數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)。該系統(tǒng)選用符合ATA-6規(guī)范的IDE硬盤作為數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)，采用RAID0配置的磁盤陣列形式，并配合板載的128MB內(nèi)存實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的高速大容量穩(wěn)定存儲。 該磁盤陣列同時管理五個IDE硬盤，平均數(shù)據(jù)流達到250MB/s，峰值傳輸速率達到500MB/s，也可以擴展更多硬盤構(gòu)成大容量的磁盤陣列。系統(tǒng)采用PCI-9054橋芯片與計算機連接，可同時存儲四路AD數(shù)據(jù)，可以通過人機交互界面實時監(jiān)控數(shù)據(jù)采集情況，在計算機上實現(xiàn)整個磁盤陣列的實時控制。
標簽： FPGA 高速數(shù)據(jù) 采集
上傳時間： 2013-06-14
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近紅外光譜法是血液成分無創(chuàng)檢測方法中的熱點，也是取得成果最多的方法之一。但是，個體差異和測量條件是影響近紅外光譜血液成分無創(chuàng)檢測的一個較突出的問題。而動態(tài)光譜法就是針對這個問題而提出的一種全新的近紅外無創(chuàng)血液成分濃度檢測方法。它從原理上消除了個體差異和測量條件等對光譜檢測的影響，為基于近紅外光譜法的血液成分無創(chuàng)檢測方法進入臨床應用去除了一個較為關鍵的障礙。因此，本文根據(jù)動態(tài)光譜檢測原理設計了基于FPGA的動態(tài)光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 在分析了動態(tài)光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能要求后，采用DALSA的高性能線陣CCD IL-C6-2048C作為光電轉(zhuǎn)換器件；根據(jù)CCD輸出數(shù)據(jù)的高速度和信號微弱及含有噪聲等特點，選用了高速、高精度、并帶有相關雙采樣芯片的圖像處理芯片AD9826作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件；以FPGA及其內(nèi)嵌的NIOSⅡ處理器作為核心控制器，并用LabVIEW對采集得到的數(shù)據(jù)進行顯示。 在FPGA中，利用Verilog HDL語言編寫了CCD和AD9826的控制時序；利用兩塊雙口RAM組成乒乓操作單元，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)的緩存，避免利用NiosⅡ處理器直接讀取時的頻繁中斷。將NIOSⅡ處理器系統(tǒng)嵌入到FPGA中，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的管理。NiOSⅡ處理器利用中斷方式讀取緩存單元中的數(shù)據(jù)、經(jīng)對數(shù)變換后傳遞給計算機。其中緩存數(shù)據(jù)的讀取及對數(shù)變換均采用自定義組件的方式將硬件單元添加到NIOSⅡ系統(tǒng)中，編程時直接調(diào)用。NIOSⅡ系統(tǒng)通過串口將處理后的數(shù)據(jù)傳遞給LabVIEW， LabVIEW對數(shù)據(jù)簡單處理后顯示，以實時觀察采樣數(shù)據(jù)是否正確。 最后對系統(tǒng)進行了實驗測試，實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠很好的采集并顯示數(shù)據(jù)，能夠初步完成光信號的檢測。
標簽： FPGA 動態(tài) 光譜數(shù)據(jù)
上傳時間： 2013-04-24
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圖像采集系統(tǒng)是數(shù)字圖像信號處理過程中不可缺少的重要部分，它將前端相機所捕獲的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，或者直接從數(shù)字相機中獲取數(shù)字信號，然后通過高速的計算機總線傳回計算機，憑借計算機的強大的運算、數(shù)據(jù)存儲與處理等操作能力，可以方便快捷地對信號進行分析處理，具有人機友好、功能靈活、可移植性強等優(yōu)點。隨著對數(shù)據(jù)傳送速度要求的提高，PCI總線以其高的數(shù)據(jù)傳輸率，即插即用，低功耗等眾多優(yōu)點，得到廣泛的應用。本文針對PCI總線接口電路使用的廣泛性，介紹了PLX公司橋接芯片PCI9054主模式的工作原理和中斷機制，采用可編程邏輯器件FPGA實現(xiàn)與PCI9054的本地接口的信號轉(zhuǎn)換，給出了邏輯實現(xiàn)方案和仿真圖。本文針對FPGA中各功能模塊的邏輯設計進行了詳細分析，并對每個模塊都給出了精確的仿真結(jié)果。同時，文中還在其它章節(jié)詳細介紹了系統(tǒng)的硬件電路設計、并行接口設計、PCI接口設計、PC端控制軟件設計以及用于調(diào)試過程中的SignalTapⅡ嵌入式邏輯分析儀的使用方法，并且也對系統(tǒng)的仿真結(jié)果和測試結(jié)果給出了分析及討論。最后還附上了系統(tǒng)的PCB版圖、FPGA邏輯設計圖、實物圖及注釋詳細的相關源程序清單。在文章的軟件設計部分介紹了WinDriver驅(qū)動開發(fā)工具，利用WinDriver工具，在WindowsXP系統(tǒng)下實現(xiàn)設備的驅(qū)動程序開發(fā)，完成主模式數(shù)據(jù)傳輸和設備中斷的功能。
上傳時間： 2013-06-09
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隨著信息技術(shù)和電子技術(shù)的進步和日益成熟，計算機數(shù)據(jù)采集技術(shù)得到了廣泛應用。由于ISA數(shù)據(jù)采集卡的固有缺陷，PCI接口的數(shù)據(jù)采集卡將逐漸取代ISA數(shù)據(jù)采集卡，成為數(shù)據(jù)采集的主流。為了簡化PCI數(shù)據(jù)采集卡結(jié)構(gòu)，提高數(shù)據(jù)采集可靠性，本文研究并開發(fā)了一種基于FPGA的PCI結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集卡系統(tǒng)。 論文對PCI對目標設備數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)的原理和方法進行了深入研究，設計了基于FPGA的PCI數(shù)據(jù)采集卡的硬件電路，通過在FPGA中嵌入了PCI目標設備的IP核與用戶邏輯部分，構(gòu)成了SOPC系統(tǒng)。使用Verilog硬件描述語言設計并實現(xiàn)了FPGA內(nèi)部采集數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)管理寄存器和FIFO數(shù)據(jù)緩沖隊列等模塊電路。利用ModelSim對PCI系統(tǒng)進行了仿真。完成了系統(tǒng)硬件電路PCB板的設計，最終制作了PCI數(shù)據(jù)采集卡。 論文針對PCI結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集卡系統(tǒng)軟件需求，研究了WDM設備驅(qū)動軟件、Windows環(huán)境的簡易虛擬示波器以及簡易虛擬邏輯儀實現(xiàn)原理和方法。利用DriverStudio+Windows DDK for XP+VC6的軟件平臺，開發(fā)了WDM設備驅(qū)動程序。實現(xiàn)了Windows環(huán)境的簡易虛擬示波器，和簡易虛擬邏輯儀。系統(tǒng)測試結(jié)果表明該系統(tǒng)設計正確，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，功能和指標達到了設計要求。
標簽： FPGA PCI 數(shù)據(jù)采集卡
上傳時間： 2013-07-27
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隨著計算機技術(shù)的突飛猛進以及移動通訊技術(shù)在日常生活中的不斷深入，數(shù)據(jù)采集不斷地向多路、高速、智能化的方向發(fā)展。本文針對此需求，實現(xiàn)了一種應用FPGA的多路、高速的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從而為測量儀器提供良好的采集數(shù)據(jù)。 本文設計了一種基于AD+FPGA+DSP的多路數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，針對此系統(tǒng)設計了基于AD9446的模數(shù)轉(zhuǎn)換采集板，再將模數(shù)轉(zhuǎn)換采集板的數(shù)據(jù)傳送至基于FPGA的采集控制模塊進行數(shù)據(jù)的壓縮以及緩沖存儲，最后由DSP調(diào)入數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)的處理。本文的設計主要分為兩部分，一部分為模數(shù)轉(zhuǎn)換采集板的設計與調(diào)試，另一部分為采集控制模塊的設計與仿真。 經(jīng)設計與調(diào)試，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊可為系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)，能穩(wěn)定工作在百兆的頻率下；采集控制模塊能實時地完成數(shù)據(jù)壓縮與數(shù)據(jù)緩沖，并能通過時鐘管理模塊來控制前端AD的采樣，該模塊也能穩(wěn)定工作在百兆的頻率下。該系統(tǒng)為多路、高速的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并能穩(wěn)定工作，從而能滿足電子測量儀器的要求。關鍵詞：數(shù)據(jù)采集；FPGA；AD9446
標簽： FPGA 高速數(shù)據(jù) 采集
上傳時間： 2013-06-04
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本文研究的視頻處理系統(tǒng)是上海市科委技術(shù)攻關基金項目“計算機視覺及其芯片化實現(xiàn)”的一部分，主要完成計算機視覺系統(tǒng)的一些基本工作，即視頻圖像的采集、預處理和顯示等。 視頻圖像采集和預處理系統(tǒng)以Xilinx公司Virtex-ⅡPro系列的FPGA為核心控制器件，結(jié)合視頻模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和VGA顯示器，完成視頻圖像的實時采集、預處理和顯示。采集和顯示部分作為同外界交流信息的渠道，是構(gòu)成計算機視覺系統(tǒng)必不可少的一部分；圖像預處理則是計算機視覺系統(tǒng)進行高層處理的基礎，優(yōu)秀的預處理算法能有效改善圖像質(zhì)量，提高系統(tǒng)分析判斷的準確性。 本文在介紹基于FPGA的視頻采集、預處理系統(tǒng)整體架構(gòu)的基礎上，圍繞以下四個方面展開了工作： 1.研究并給出了兩種基于FPGA的設計方案用于實現(xiàn)YCrCb色度空間到RGB色度空間的轉(zhuǎn)換； 2.針對采集的視頻圖像，根據(jù)VGA顯示的要求，給出了一種實現(xiàn)圖像去隔行的方案； 3.分析了一系列圖像濾波的預處理算法，如均值濾波、中值濾波和自適應濾波等，在比較和總結(jié)各算法特點的基礎上，提出了一種新的適用于處理混合噪聲的濾波算法：混合自適應濾波法； 4.根據(jù)算法特點設計了多種采用FPGA實現(xiàn)的圖像濾波算法，并對硬件算法進行RTL級的功能仿真和驗證，還給出了各種濾波算法的實驗結(jié)果，在此基礎上對各種算法的效果進行直觀的比較。 文中，預處理算法的實現(xiàn)充分利用了FPGA的片內(nèi)資源，體現(xiàn)了FPGA在圖像處理方面的特點及優(yōu)勢。同時，視頻采集和顯示的控制模塊也由同一FPGA芯片實現(xiàn)，從而簡化了系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)。視頻采集和預處理系統(tǒng)在FPGA上的成功實現(xiàn)為“計算機視覺及其芯片化實現(xiàn)”奠定了必要的基礎、提供了一定理論依據(jù)。
上傳時間： 2013-07-26
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數(shù)據(jù)采集處理技術(shù)是現(xiàn)代信號處理的基礎，廣泛應用于雷達、聲納、軟件無線電、瞬態(tài)信號測試等領域。隨著信息科學的飛速發(fā)展，人們面臨的信號處理任務越來越繁重，對數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的要求也越來越高。近年來FPGA由于其設計靈活性、更強的適應性及可重構(gòu)性，結(jié)合SDRAM的高速、大容量、價格優(yōu)勢，在設計高速實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時受到了廣泛的關注。 本課題重點研究了基于FPGA與DDR2-SDRAM的高速實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)技術(shù)，為需要大容量存儲器的系統(tǒng)設計提供了新的思路。在深入研究了DDR2-SDRAM器件的基本構(gòu)造與工作原理的基礎上，結(jié)合成熟的商業(yè)化IP核，提出了基于FPGA與DDR2-SDRAM的高速實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計方案，并從總體設計構(gòu)想到各邏輯細節(jié)實現(xiàn)都進行了詳細描述。根據(jù)DDR2-SDRAM的特點，選擇合適的內(nèi)存調(diào)度方案，采用Verilog HDL語言設計實現(xiàn)了該高速實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并對系統(tǒng)功能進行驗證與分析，結(jié)果表明本設計完全能夠滿足系統(tǒng)的性能指標。
上傳時間： 2013-06-24
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目前，數(shù)字信號處理廣泛應用于通信、雷達、聲納、語音與圖像處理等領域，信號處理算法理論己趨于成熟，但其具體硬件實現(xiàn)方法卻值得探討。FPGA是近年來廣泛應用的超大規(guī)模、超高速的可編程邏輯器件，由于其具有高集成度、高速、可編程等優(yōu)點，大大推動了數(shù)字系統(tǒng)設計的單片化、自動化，縮短了單片數(shù)字系統(tǒng)的設計周期、提高了設計的靈活性和可靠性，在超高速信號處理和實時測控方面有非常廣泛的應用。本文對FPGA的數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)進行研究，基于FPGA在數(shù)據(jù)采樣控制和信號處理方面的高性能和單片系統(tǒng)發(fā)展的新熱點，把FPGA作為整個數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的控制核心。主要研究內(nèi)容如下： FPGA的單片系統(tǒng)研究。針對數(shù)據(jù)采集與處理，對FPGA進行選型，設計了基于FPGA的單片系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。把整個控制系統(tǒng)分為三個部分：多通道采樣控制模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，存儲控制模塊。 多通道采樣控制模塊的設計。利用4片AD7506和一片AD7862對64路模擬量進行周期采樣，分別設計了通道選擇控制模塊和A/D轉(zhuǎn)換控制模塊，并進行了仿真，完成了基于FPGA的多通道采樣控制。 數(shù)據(jù)處理模塊的設計。FFT算法在數(shù)字信號處理中占有重要的地位，因此本文研究了FFT的硬件實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，提出了用FPGA實現(xiàn)FFT的一種設計思想，給出了總體實現(xiàn)框圖。分別設計了旋轉(zhuǎn)因子復數(shù)乘法器，碟形運算單元，存儲器，控制器，并分別進行了仿真。重點設計實現(xiàn)了FFT算法中的蝶形處理單元，采用了一種高效乘法器算法設計實現(xiàn)了蝶形處理單元中的旋轉(zhuǎn)因子乘法器，從而提高了蝶形處理器的運算速度，降低了運算復雜度。理論分析和仿真結(jié)果表明，狀態(tài)機控制器成功地對各個模塊進行了有序、協(xié)調(diào)的控制。 存儲控制模塊的設計。利用閃存芯片K9K1G08UOA對采集處理后的數(shù)據(jù)進行存儲，設計了FPGA與閃存的硬件連接，設計了存儲控制模塊。 本文對FFT算法的硬件實現(xiàn)進行了研究，結(jié)合單片系統(tǒng)的特點，把整個系統(tǒng)分為多通道采樣控制模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，存儲控制模塊進行設計和仿真。設計采用VHDL編寫程序的源代碼。仿真測試結(jié)果表明，此FPGA單片系統(tǒng)可完成對實時信號的高速采集與處理。
標簽： FPGA 數(shù)據(jù)采集 處理技術(shù)
上傳時間： 2013-04-24
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