基于FPGA+DSP的多通道單端／差分信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要 介紹了一種基于DSP+FPGA的平臺(tái)，主要利用ADS8517AD轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成的具有32路單端通道或16路差分通道的信號(hào)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通道可以選擇切換，且采樣率也可以改變，具有較強(qiáng)的靈活性。

關(guān)鍵詞 DSP;FPGA;ADS8517;通道切換

在信號(hào)處理過程中，經(jīng)常采用DSP+FPGA協(xié)同處理的方法。是因?yàn)镈SP雖然可以實(shí)現(xiàn)較高速率的信號(hào)采集，但其指令更適于實(shí)現(xiàn)算法而不是邏輯控制，其外部接口的通用性較差。而FPGA時(shí)鐘頻率高、內(nèi)部延時(shí)小，全部控制邏輯由硬件完成，速度快、效率高，適合于大數(shù)據(jù)量的傳輸控制，可以集成外圍控制、譯碼和接口電路，在高速數(shù)據(jù)采集方面有著DSP以及單片機(jī)無法比擬的優(yōu)勢(shì)，但缺點(diǎn)是難以實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜的算法。因此，若采用DSP+FPGA協(xié)同處理的方法，便可以使DSP的高速處理能力與FPGA的高速、復(fù)雜的組合邏輯和時(shí)序邏輯控制能力相結(jié)合，達(dá)到互補(bǔ)，使系統(tǒng)發(fā)揮最佳性能。

在目前的信號(hào)采集及測試系統(tǒng)中，由于應(yīng)用背景的復(fù)雜，經(jīng)常需要對(duì)多路信號(hào)進(jìn)行采集，有的甚至需要對(duì)多路單端及差分信號(hào)進(jìn)行采集，在某些情況下，為測試分析的方便，還需要對(duì)采樣率進(jìn)行改變。文中介紹了一種采用DSP+FPGA協(xié)同處理的方法，并主要利用ADS8517這一A/D轉(zhuǎn)換芯片來實(shí)現(xiàn)多路可以選擇單端或差分輸入的信號(hào)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)32個(gè)通道單端信號(hào)或16個(gè)通道差分信號(hào)的采集輸入，由DSP控制輸入信號(hào)是單端信號(hào)還是差分信號(hào)，以及各自使能輸入的通道，其中單端信號(hào)最多使能輸入32個(gè)通道，差分信號(hào)最多使能輸入16個(gè)通道。A/D在各個(gè)使能通道間采用類似時(shí)分復(fù)用的方法進(jìn)行輪尋采樣，A/D采樣頻率200 kHz，DSP可設(shè)置采樣率分頻值，對(duì)采樣率進(jìn)行改變，假如DSP設(shè)置采樣分頻值為D，使能輸入通道數(shù)為N，則每個(gè)通道實(shí)際采樣率為200 kHZ/(D·N)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)以上功能要求，整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路如圖1所示。其中DSP采用TI公司的TMS3206713B，F(xiàn)PGA采用Altera公司的CycloneIII系列，A /D采用TI公司的ADS8517。ADS8517的主要性能：(1)16位分辨率;(2)采樣頻率：200 kHz;(3)模擬輸入范圍±10 V;(4)輸出有串行和并行兩種方式。

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在整個(gè)系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA根據(jù)DSP對(duì)各個(gè)通道是單端或者差分的設(shè)置，以及各個(gè)通道使能與否和采用率分頻值的設(shè)置，控制ADS8517以及多路選擇器，將A/D輸入的數(shù)據(jù)以及其對(duì)應(yīng)的通道存入一個(gè)FIFO中，當(dāng)FIFO半滿時(shí)向DSP發(fā)送中斷，由DSP讀取FIFO中A/D的采樣數(shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)的通道號(hào)?？梢钥闯觯O(shè)計(jì)重點(diǎn)主要集中在多路選擇器的設(shè)計(jì)以及FPGA中硬件邏輯的設(shè)計(jì)。

2.1 多路選擇模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能，多路選擇模塊的設(shè)計(jì)采用如圖2所示的設(shè)計(jì)思路，其中16選1多路器和4選1多路器分別采用ADI公司的ADG1206和ADG1204。由FPGA控制這些多路選擇器來選擇通道以及單端/差分模式，在設(shè)計(jì)選擇差分信號(hào)時(shí)，為方便，只支持A0～A15通道和A16～A31通道依次對(duì)應(yīng)的差分，而不支持A0～A15通道中任意一個(gè)通道和A16～A31通道中任意一個(gè)通道的差分。

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