首页 基于FPGA的A_D转换采集控制模块设计

基于FPGA的A_D转换采集控制模块设计

举报
开通vip

基于FPGA的A_D转换采集控制模块设计 文章编号: 100429037 (2009)增刊20237204 基于FPGA 的AöD 转换采集控制模块设计 黄容兰1 万德焕2 (1. 桂林电子科技大学电子工程学院, 桂林, 541004; 2. 桂林空军学院四系, 桂林, 541003) 摘要: 采用FPGA 器件EP1C3T 144C8N 处理器, 对A öD 转换芯片AD 7714 进行采样控制。整个设计在Q uartusÊ 平台下进行软件编程, 采用V erilog 语言描述, 实现正确的AD 7714 转换的工作时序控制过程, 并将采样的数据存...

基于FPGA的A_D转换采集控制模块设计
文章编号: 100429037 (2009)增刊20237204 基于FPGA 的AöD 转换采集控制模块设计 黄容兰1 万德焕2 (1. 桂林电子科技大学电子工程学院, 桂林, 541004; 2. 桂林空军学院四系, 桂林, 541003) 摘要: 采用FPGA 器件EP1C3T 144C8N 处理器, 对A öD 转换芯片AD 7714 进行采样控制。整个设计在Q uartusÊ 平台下进行软件编程, 采用V erilog 语言描述, 实现正确的AD 7714 转换的工作时序控制过程, 并将采样的数据存 储起来进行处理。本设计可用于微弱信号采集和实时监控方面, 仿真结果显示该模块工作性能稳定、可靠性高、 使用方便。 关键词: 采样控制; FPGA ; V erilog; A öD 转换 中图分类号: TN 37    文献标识码: A  收稿日期: 2009206210; 修订日期: 2009207220 D esign of AöD Convertion Sam pl ing Con trol M odule Based on FPGA H uang R ong lan1, W an D ehuan 2 (1. Schoo l of E lectron ic Engineering, Guilin U niversity of E lectron ic T echno logy, Guilin, 541004, Ch ina; 2. T he Fourth D epartm ent, Guilin A ir Fo rce A cadem y, Guilin, 541003, Ch ina) Abstract: T he FPGA device EP1C3T 144C8N is u sed to con tro l the A öD converter AD 7714 in th is paper. T he w ho le design is based on the Q uartu sÊ p la tfo rm. T he p rocess is described by the V erilog language to realize the co rrect sequence con tro lling p rocess of AD 7714 converter and sto rage the samp ling data to p rocesse. It can be w idely u sed in the feeb leness data samp ling and the real2t im e superviso ry con tro l. Sim u la t ion resu lt show s that the modu le has the advan2 tages of stab le perfo rm ance, h igh reliab ility and conven ien t u sage. Key words: samp ling con tro l; FPGA ; V erilog; A öD convert ion 引  言 对于微弱信号的采集和处理, 多数是以单片机 或CPU 为控制核心, 虽然编程简单, 控制灵活, 但 缺点是速度慢、控制周期长。单片机的速度极大地 限制了A öD 高速性能的利用。而FPGA 的时钟频 率可高达100M H z 以上[1 ]。本设计以高集成度的芯 片为核心, 进行数据采集控制、数据时序控制、数据 存储等。具有开发周期短、灵活性强、通用能力好、 易于开发、扩展等优点[2 ] , 既降低了设计难度, 又加 快了产品的开发周期。 1 系统设计 本设计采用FPGA 芯片EP1C3T 144C8N 来对 AD 7714 进行采样控制, 并对数据进行存储, 然后 进行处理。 111 AD 7714 芯片介绍 AD 7714 是AD 公司生产的16ö24 位可编程串 行模数转换器, 能直接从传感器接收低电平信号并 输出串行数字。它具有低噪声 (140 nV )、低功耗和 ±010015% 的精度, 片内含可编程低通滤波寄存器 和可读写系统校准寄存器等 8 个可编程的片内寄 存器等特点。AD 7714 对于微控制器非常理想, 主 要应用于低频小信号的测量。 FPGA 对AD 7714 的控制, 主要通过对它的片 内8 个寄存器进行设置, 而对每个寄存器的设置都 要通过对通信寄存器的写操作开始。AD 7714 读与 写时序图[3 ]如图1 所示。 从写时序图可知, 往芯片AD 7714 的寄存器中 写数据时, 片选信号CS必须为低; 当CS为低时, 在 时钟信号 SCL K 上升沿的作用下向AD 7714 中写 一位数据。而在读时序图中可以看到, 只有数据在 第24卷增刊 2009 年 10 月 数 据 采 集 与 处 理 Journal of D ata A cquisit ion & P rocessing V o l. 24 N o. S O ct. 2009 图 1 AD 7714 时序图 AD 7714 中转换好且满足片选信号CS为低电平时, 在时钟信号SCL K 下降沿的作用下从芯片AD 7714 的数据寄存器中读一位数据。当读完最后一位数据 后,DRD Y位自动跳变为高电平。 112 系统设计原理 FPGA 采用虚拟的ADC 接口与AD 7714 进行 通信。FPGA 与AD 7714 之间的通信可以采用中断 方式, 当数据转换好以后,DRD Y 引脚由高电平变 为低电平从而产生中断信号。同样也可采用查询方 式, 不断查询AD 7714 的通信寄存器的DRD Y 位是 否为0, 如果为0, 则将数据缓冲器中的数据保存到 数组中。本系统采用中断方式。FPGA 与AD 7714 之间的通信采用四线连接方式, 如图 2 所示。 AD 7714 主要包括 5 个信号: CS, DRD Y, D IN , DOU T , SCL K。其中, CS 接地, 使AD 7714 总处于 选通状态。 图 2 FPGA 与AD 7714 连接图 由于选择中断方式, 所以DRD Y 与串行数据 转并行数据模块的复位信号 reset 连接。SCL K 的 输入是分频模块提供的1 kH z 的频率。DOU T 与串 行数据转并行数据模块chuanb ing 的输入口连接。 D IN 与并行数据转串行数据模块 b ingchuan 的输 出口连接。FPGA 主要通过并行数据转串行数据模 块的dou t 对AD 7714 进行控制, 通过它将串行数据 输入片内寄存器中 (数据寄存器除外)。 2 FPGA 模块设计与仿真 整个程序分为 5 个模块: 可控分频模块、串行 数据转并行数据模块、寄存器RAM 1 模块、并行数 据转串行数据模块和AD 7714 工作状态控制模块。 本设计采用Q uartu sÊ 软件平台下的V erilog 硬件 描述语言进行软件编程。下面是各个模块的实现原 理。 本设计时钟采用20 M H z 有源晶振, 当输入到 EP1C3T 144C8N 后, 经过编程分频成 1 kH z、100 kH z 和100 H z 后分别提供给串行数据转并行数据 模块 chuanb ing 和并行数据转串行数据模块 b ingchuan、寄存器模块RAM 1 和控制模块con tro l。 由于AD 7714 的数据传输是串行数据传输, 所以控 制模块con tro l 的时钟要比串行数据转并行数据模 块 chuanb ing 和 并 行 数 据 转 串 行 数 据 模 块 b ingchuan 的时钟慢16 倍以上, 以此保证全部数据 传输完毕。 AD 7714 工作状态控制模块采用双进程有限 状态机的方法来实现。根据 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图3 编写状态机。 图 3 AD 7714 程序设计主要流程图 在图3 的设计流程中共有 st0~ st10 十一个工 作状态[1 ]。其中st0: 初始化; st1: 将24H 写进通信寄 存器中, 选择了A IN 1öA IN 2 通道和滤波器的高位 寄存器; st2: 向滤波器高位寄存器中写 80H , 选择 单极性输入; st3: 将 34H 写进通信寄存器中, 选择 了A IN 1öA IN 2 通道和滤波器的低位寄存器; st4: 向滤波器高位寄存器中写13H , 选择数据输出频率 为1 kH z; st5: 将 14 H 写进通信寄存器中, 选择了 832 数 据 采 集 与 处 理 第 24 卷 A IN 1öA IN 2 通道和模式寄存器; st6: 将 20H 写进 模式寄存器中, 选择自校准再恢复模式; st7: 将 0CH 写进通信寄存器中, 选择了A IN 1öA IN 2 通道 和下一次操作读通信寄存器的0öDRD Y 位; st8: 读 通信寄存器的 0öDRD Y 位; st9: 将 5CH 写进通信 寄存器, 选择A IN 1öA IN 2 通道和下一次读数据寄 存器中的数据; st10: 读数据寄存器中的值。 AD 7714 工作状态控制模块的仿真图如图4 所示。 从AD 7714 传输出来的数据是串行的数据, 为 了便于数据的存储和处理, 有必要将串行的数据流 转化为并行的。从AD 7714 传出来的数据是 16 位 的, 所以开辟一个深度位 16 的RAM 1 来暂时存储 数据。 为了方便, 在FPGA 上定义的数据都是并行的 数据, 为了往AD 7714 的寄存器中写数据, 必须要 将并行的数据转换为串行的数据。 图5 是各个模块的连接图。其中dou t 接收来自 AD 7714 转换好的串行数据。串行数据转并行数据 模块的复位信号 reset 和AD 7714 的DRD Y 连接。 由AD 7714 的读写时序图知, 当数据开始从AD 7714 图 4 控制模块的仿真图 图 5 各个模块的连接图 932增刊 黄容兰, 等: 基于FPGA 的A öD 转换采集控制模块设计 传输到 FPGA 时, DRD Y 位信号自动转化为低电 平信号; 当数据传输完毕时,DRD Y 位信号又自动 由低电平转换为高电平。所以可以通过此信号来控 制串行数据转并行数据模块的工作。控制模块也是 通过DRD Y 的电平值来控制整个系统工作在哪个 状态。DRD Y 为高电平, 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示要往AD 7714 中写数 据; 相反, 当出现低电平时, 则表示要把AD 7714 中 转换好的数据读出来。控制模块的复位信号 reset 也是整个系统的复位信号。通过此信号可以控制整 个系统的复位。除此之外, 分频模块给AD 7714 提 供1 kH z 的时钟。 3 结束语 采用 FPGA 芯片 EP1C3T 144C8N 实现对 AD 7714 转换器的采样控制。一方面, 既结合了FP2 GA 具有灵活的编程方式, 简单方便的编程环境, 易学易用, 大大提高工作效率, 缩短研制周期的特 点[4 ]; 另一方面, 也充分利用了FPGA 的高速度和 高可靠性以及AD 7714 的高精度性, 能直接从传感 器接收低电平信号并输出串行数字, 从而实现了对微 弱信号采集和控制的问题。因此, 在低频小信号处理 和实时监控本方面, 本设计具有一定的实用性。 参考文献: [ 1 ] 户国强, 房建东, 郭春兰. 基于FPGA 的A öD 转换采 样控制模块的设计 [J ]. 微计算机信息, 2008, 24 (72 2) : 229. [ 2 ] 夏宇闻. V erilog 数字系统设计教程[M ]. 北京: 北京 航天航空大学出版社, 2008. [ 3 ] 付晓丹. 海水中叶绿素 a 含量监测系统的研究 [D ]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2007. [ 4 ] 韦存刚, 金星. 基于FPGA 的多路数据采集和控制模 块设计[J ]. 微计算机信息, 2008, 24 (2) : 2312232. 作者简介: 黄容兰 (19822) , 女, 硕士研究生, 研究方向: 微弱 信号检测系统, E2m ail: huang 200128@yahoo. com ; 万德焕 (19832) , 男, 讲师, 研究方向: 信号与信息处理。042 数 据 采 集 与 处 理 第 24 卷
本文档为【基于FPGA的A_D转换采集控制模块设计】,请使用软件OFFICE或WPS软件打开。作品中的文字与图均可以修改和编辑, 图片更改请在作品中右键图片并更换,文字修改请直接点击文字进行修改,也可以新增和删除文档中的内容。
该文档来自用户分享,如有侵权行为请发邮件ishare@vip.sina.com联系网站客服,我们会及时删除。
[版权声明] 本站所有资料为用户分享产生,若发现您的权利被侵害,请联系客服邮件isharekefu@iask.cn,我们尽快处理。
本作品所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用。
网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽..)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
下载需要: 免费 已有0 人下载
最新资料
资料动态
专题动态
is_238812
暂无简介~
格式:pdf
大小:544KB
软件:PDF阅读器
页数:4
分类:互联网
上传时间:2011-03-29
浏览量:33