多種觸發(fā)功能的可編程高速數(shù)據(jù)采集模塊

摘要：給出一種具有多種觸發(fā)功能的可編程高速數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)方法。模塊可以動(dòng)態(tài)設(shè)置觸發(fā)窗長(zhǎng)度、觸發(fā)點(diǎn)電平、觸發(fā)極性和觸發(fā)模式；依據(jù)觸發(fā)字與存儲(chǔ)在FIFO中的A／D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)比較確定觸發(fā)位置，并根據(jù)設(shè)置的預(yù)觸發(fā)深度實(shí)現(xiàn)對(duì)A／D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸。由于觸發(fā)電路采用了全數(shù)字化設(shè)計(jì)，與采用模擬電平比較器實(shí)現(xiàn)觸發(fā)電平比較相比，無需硬件改動(dòng)，可以靈活地配置觸發(fā)方式，同時(shí)也降低了系統(tǒng)調(diào)試難度。
關(guān)鍵詞：高速數(shù)據(jù)采集；數(shù)字電路；觸發(fā)窗；先進(jìn)先出存儲(chǔ)器

引言
在數(shù)據(jù)采集的過程中，為了不漏掉任何一個(gè)既定特征的信號(hào)，A／D轉(zhuǎn)換器必須不斷地采集數(shù)據(jù)。但是由于存儲(chǔ)器容量的限制，不可能無限制地采集并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。如何使模塊能自動(dòng)檢測(cè)、采集并存儲(chǔ)有效數(shù)據(jù)呢?觸發(fā)技術(shù)的引入可以解決這一問題。觸發(fā)是為了有效地觀測(cè)信號(hào)，當(dāng)被測(cè)信號(hào)滿足觸發(fā)條件時(shí)，啟動(dòng)一次數(shù)據(jù)采集，使用戶在屏幕上能觀測(cè)到滿足觸發(fā)條件的波形。
觸發(fā)電路在以往的設(shè)計(jì)中，多采用電平比較器，其缺點(diǎn)是：采用的分立元件多，不利于模塊移植和速度的提升，同時(shí)觸發(fā)方式多樣化配置也受到硬件限制，不具備智能化特點(diǎn)。本模塊基于高速A／D轉(zhuǎn)換器和FPGA，提出了一種全數(shù)字化的多種觸發(fā)功能的高速數(shù)字采集設(shè)計(jì)方案。模塊接口易于移植，采集頻率高達(dá)50 MHz，具有多種可編程觸發(fā)功能，采用的觸發(fā)窗技術(shù)進(jìn)一步保證了采樣存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的正確性和有效性。

1 高速數(shù)據(jù)采集模塊結(jié)構(gòu)
高速數(shù)據(jù)采集模塊由FPGA存儲(chǔ)控制、傳輸電路和AD9057數(shù)據(jù)采集部分構(gòu)成。其中FPGA為此次模塊設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。多種觸發(fā)功能的高速數(shù)據(jù)采集模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。采用Cyclone系列EP1C6Q240C8型號(hào)的FPGA控制芯片，其Bank4 I／O口與AD9057相連，有源晶振提供了50 MHz的時(shí)鐘頻率。

此模塊通過通信接口動(dòng)態(tài)設(shè)置觸發(fā)極性、觸發(fā)模式、觸發(fā)窗長(zhǎng)度、觸發(fā)點(diǎn)電平，觸發(fā)極性可選上升沿觸發(fā)rising_edge和下降沿觸發(fā)falling_edge兩種。觸發(fā)模式可分為前觸發(fā)pre_trigger、中間觸發(fā)mid_trigger、后觸發(fā)post_trigger三種模式。觸發(fā)窗長(zhǎng)度設(shè)置為0～100的整數(shù)，觸發(fā)點(diǎn)電平可設(shè)置為0～255的整數(shù)。
當(dāng)連接通信接口的外部顯示控制界面設(shè)置好觸發(fā)極性、觸發(fā)模式、觸發(fā)窗長(zhǎng)度、觸發(fā)點(diǎn)電平時(shí)，開始啟動(dòng)采集命令，包裝好的40位數(shù)據(jù)流將被發(fā)送到FPGA；FPGA接收到40位數(shù)據(jù)后，迅速分離成5個(gè)8位數(shù)據(jù)，即觸發(fā)極性、觸發(fā)模式、觸發(fā)窗長(zhǎng)度、觸發(fā)點(diǎn)電平和采集啟動(dòng)信號(hào)，利用FIFO存儲(chǔ)器先進(jìn)先出的特性以及對(duì)AD9057的控制時(shí)序，配合觸發(fā)信號(hào)存儲(chǔ)A／D數(shù)據(jù)；當(dāng)采樣完成后，F(xiàn)IFO中的數(shù)據(jù)可以被發(fā)送到外部的顯示控制界面直觀地顯示出來。