FPGA資料採集與回放系統設計論文

　　在個人成長的多個環節中，大家或多或少都會接觸過論文吧，論文是我們對某個問題進行深入研究的文章。怎麼寫論文才能避免踩雷呢？下面是小編為大家整理的FPGA資料採集與回放系統設計論文，歡迎閱讀，希望大家能夠喜歡。

　　1系統及其原理

　　基於通用訊號處理開發板，利用FPGA技術控制AD9233晶片對目標模擬訊號取樣，再將取樣量化後的資料寫入USB介面晶片CY7C68013的FIFO中，FIFO寫滿後採用自動觸發工作方式將資料傳輸到PC機。利用VC＋＋6．0軟體編寫上位機實現友好的人機互動介面，將傳輸到PC機上的資料進行儲存和實時回放。本系統主要實現以下兩大功能：1）ADC模組對目標模擬訊號進行取樣，利用FPGA技術將取樣後的資料傳輸到USB介面晶片CY7C68013的FIFO中儲存。2）運用USB2．0匯流排資料傳輸技術，將雷達回波訊號資料傳輸到PC機實時回放。分為應用層、核心層和物理層3部分。應用層和核心層主要由軟體實現。應用層採用VC＋＋6．0開發使用者介面程式，為使用者提供視覺化操作介面。核心層基於DriverWorks和DDK開發系統驅動程式，主要起應用軟體與硬體之間的橋樑作用，把客戶端的控制命令或資料流傳到硬體中，同時把硬體傳輸過來的資料進行快取。物理層主要以FPGA為核心，對USB介面晶片CY7C68013進行控制，透過USB2．0匯流排實現對中頻訊號採集。系統設計採用自底向上的方法，從硬體設計開始逐步到最終的應用軟體的設計。

　　2硬體設計

　　FPGA在觸發訊號下，控制ADC取樣輸入訊號，並存入FIFO中。當存滿時，將資料寫入USB介面晶片CY7C68013，同時切換另一塊FIFO接收ADC轉換的資料，實現乒乓儲存，以提高效率。FPGA模組的一個重要作用是控制USB介面晶片CY7C68013。當ADC取樣後，資料進入FPGA模組，FPGA控制資料流將其寫入CY7C68013的FIFO中，以便於USB向PC機傳輸。CY7C68013的資料傳輸模式採用非同步slaveFIFO和同步slaveFIFO切換模式。透過實測，前者傳輸速度約為5～10Mbit／s，後者傳輸速度最高可達20Mbit／s，傳輸速度的提高可透過更改驅動程式的讀取方式實現。

　　3軟體設計

　　3．1USB驅動程式設計

　　USB2．0匯流排傳輸技術最高速率可達480Mbit／s。本系統採用批次傳輸的slaveFIFO模式。CY7C68013晶片內部提供了多個FIFO緩衝區，外部邏輯可對這些端點FIFO緩衝區直接進行讀寫操作。在該種傳輸模式下，USB資料在USB主機與外部邏輯通訊時無需CPU的干預，可大大提高資料傳輸速度。Cypress公司為CY7C68013晶片提供了通用的驅動程式，使用者可根據需求開發相應的韌體程式。

　　3．2FPGA模組程式設計

　　系統中FPGA模組的'核心作用是控制AD9233晶片進行取樣。AD9233作為高速取樣晶片，其最高取樣速率達125Mbit／s，最大模擬頻寬為650MHz。透過改變取樣速率可使該系統採集不同速率需求的訊號，擴充套件了該系統的應用範圍。描述FPGA控制USB資料寫入介面晶片FIFO的狀態機如圖6所示。狀態1表示指向INFIFO，觸發FIFOADR［1：0］，轉向狀態2；狀態2表示若FIFO未滿則轉向狀態3，否則停留在狀態2；狀態3表示驅動資料到總線上，透過觸發SLWR寫資料到FIFO並增加FIFO的指標，然後轉向狀態4；狀態4表示若還有資料寫則轉向狀態2，否則轉向完成。

　　3．3上位機設計

　　為實現人機互動，利用VC＋＋MFC在PC機上編寫了視覺化操作介面，即上位機。上位機既用於資料採集的控制，同時也用於採集資料的實時回放。上位機介面如圖7所示。上位機主要功能：

　　1）按下“檢測USB”按鈕，可檢測USB是否連線正常，並顯示USB基本資訊。

　　2）按下“開始採集”按鈕，可將採集的資料傳輸到PC機並實時回放資料波形；再次按下“開始採集”按鈕，可暫停資料波形回放。

　　3）按下“儲存資料”按鈕，可將採集的資料以＊．dat檔案的形式儲存到PC機硬碟。

　　4）按下“結束採集”按鈕，可關閉採集系統並退出介面；或按下“確定”和“取消”按鈕，也可直接退出介面。

　　4系統實測

　　為了測試資料採集與回放系統，利用通用訊號處理開發板設計了DDS模組。該DDS模組產生一個正弦波作為測試訊號，透過AD9744晶片轉換後變為模擬訊號輸出，並將此輸出訊號接至示波器以便驗證系統。資料採集與回放系統的實物圖及系統實測波形與回放波形。

　　5結束語

　　透過實際測試，基於FPGA的資料採集與回放系統達到了預期設計的要求。此係統能夠對目標模擬資料進行採集，並能對採集的資料實時回放，且可將資料以＊．dat檔案的形式存入PC機硬碟；系統具有高速的採集傳輸功能，上位機能夠實時、動態地回放資料；訊號採集板和處理板共用一套硬體，避免了重複制板，在實際除錯時可方便地在訊號採集與訊號處理的工作模式間來回切換，提高了工作效率。原驅動程式官方版本為了滿足通用性和穩定性的要求，限制了傳輸速率，本設計開發了相應的USB驅動程式，提高了傳輸速率。