基于FPGA的數(shù)據(jù)采集控制模塊設(shè)計(jì)

0 引 言
數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)是對(duì)生產(chǎn)過程或科學(xué)實(shí)驗(yàn)中各種物理量進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、測(cè)試和反饋控制的閉環(huán)控制，它在工業(yè)控制、軍事電子設(shè)備、醫(yī)學(xué)監(jiān)護(hù)等許多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。其中，數(shù)據(jù)采集部分尤為重要，而傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通常采用單片機(jī)或DSP作為控制器，用以控制ADC、存儲(chǔ)器和其他外圍電路的工作，使得采集速度和效率降低。近年來(lái)，微電子技術(shù)，如：大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。從而使器件向模塊化和單片化發(fā)展，使所用軟件均向?qū)崟r(shí)高級(jí)語(yǔ)言和軟件模塊化發(fā)展，接口向標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。由于FPGA時(shí)鐘頻率高，內(nèi)部延時(shí)小，全部控制邏輯均由硬件完成，速度快，效率高，同時(shí)它有非常強(qiáng)大的硬件描述語(yǔ)言和仿真工具，方便檢驗(yàn)結(jié)果的正確性。基于以上考慮，在設(shè)計(jì)中采用FPGA作為控制處理器。而VGA接口的設(shè)計(jì)，更突出了該模塊的兼容性，更易于采集數(shù)據(jù)的直觀表現(xiàn)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
完整的數(shù)據(jù)采集過程通常由數(shù)據(jù)的通道選擇、采樣、存儲(chǔ)、顯示構(gòu)成，有時(shí)也要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚怼Ｆ渲?，控制模塊起到了核心作用，他作為控制信號(hào)產(chǎn)生和處理的中樞對(duì)這些外圍電路進(jìn)行著實(shí)時(shí)的監(jiān)控和管理。設(shè)計(jì)過程中采用FPGA作為控制器，完成對(duì)A／D轉(zhuǎn)換器的控制，并將采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到一定的存儲(chǔ)單元．通過VGA接口協(xié)議，最后在顯示器上顯示。具體涉及的外圍電路中，數(shù)據(jù)采集部分主要應(yīng)用ADC0809作為數(shù)據(jù)采集芯片，對(duì)輸入的模擬量進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)緩存部分應(yīng)用6116作為存儲(chǔ)芯片，用來(lái)緩存0809采集的數(shù)據(jù)；按鍵控制部分利用8個(gè)按鍵來(lái)控制0809的轉(zhuǎn)換通道選擇；圖形顯示部分輸出標(biāo)準(zhǔn)的VGA信號(hào)，使用CRT顯示器，以顯示實(shí)時(shí)波形。由于在設(shè)計(jì)中對(duì)外部器件進(jìn)行控制的控制器都是由FPGA完成的，F(xiàn)P-GA的工作量很大，因此所采用的FPGA芯片為FLEX系列中30萬(wàn)門的EPF10K30。

2 基于FPGA的主控模塊的實(shí)現(xiàn)
主控制器的工作原理如圖1所示。