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基于FPGA的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)

發(fā)布時間:2022/12/22 瀏覽數(shù):4010
      高速數(shù)據(jù)采集在軍用民用領域都有著廣泛的應用。高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在自動控制、電氣測量、地質物探、航空航天等工程實踐中有著極為廣泛的應用。如何對高速的信號進行實時采集、實時存儲,保證信號不丟失,以滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要,一直是高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究的一個重要方向。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是信號與信息處理系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分,同時也是軟件無線電系統(tǒng)中的核心模塊。高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括以下幾個部分:模擬信號調理電路、模數(shù)轉換器、數(shù)據(jù)處理器件、數(shù)據(jù)存儲器件、時鐘電路、觸發(fā)電路、傳輸接口芯片和電源系統(tǒng)等,如圖1所示。

       其中,模擬信號調理電路是用來將模擬信號放大調整到ADC的采樣量程之內,這樣既能充分發(fā)揮ADC的性能,又能保證采樣數(shù)據(jù)的完整性;ADC是高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心器件,模擬信號輸入,數(shù)字信號輸出;數(shù)據(jù)處理器件有很多種,可以根據(jù)實際的不同需要進行選擇;數(shù)據(jù)存儲器件主要用于存儲數(shù)據(jù),可以進行顯示,回放和數(shù)據(jù)處理等操作;時鐘電路是比較重要的,時鐘的穩(wěn)定性和精確性決定著數(shù)據(jù)采集的結果,所以一般的做法是單獨設計穩(wěn)定的時鐘電路;觸發(fā)電路實現(xiàn)外部對數(shù)據(jù)采集頻率和次數(shù)的控制,傳輸接口用于將數(shù)據(jù)傳輸給計算機進行后處理。采用單路高速A/D轉換器以及存儲器構成串行采集系統(tǒng)系統(tǒng)框圖如圖2所示:

        采用單路高速AD轉換器和高速存儲電路來構成字串行采集系統(tǒng),系統(tǒng)的采樣就屬于實時采樣,適用于任何形式的信號波形,重復的或不重復的,單次的或連續(xù)的。又由于所有采樣點是以時間為順序,因而易于實現(xiàn)波形顯示功能。但是采用單片高速A/D芯片和高速存儲器件,會大大提高系統(tǒng)開發(fā)成本。同時系統(tǒng)的采樣率就受到A/D轉換器最高轉換速率以及存儲器寫入速度的限制。因此,單通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采集速度受器件自身參數(shù)的限制,很難再大幅度提高其轉換速度。
       其整體FPGA結構如下所示:



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