基于FPGA多通道信号采集系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

数据采集系统，顾名思义，是指用于收集 信息以记录或分析某些现象的产品和/或过程[1] 。FPGA是 在PAL、GAL等可编程器件的基础上进一步发展的产物。是作为专用集成电路领域中的一种半定制电路而 出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。简而言之，FPGA可 以通过编程来改变内部结构信号采集包括三个部分：模拟信号预处理；模拟/数字的格式转换；处理结果 的输出和显示。 目前国内的信号采集的技术水平不够成熟，效果差，仍在发展阶段，国外几乎垄断了相 关铲平，效果好但价格昂贵。 目前的发展趋势是速和分辨率越来越高。信息采集系统是计算机与外界物 理世界联系的桥梁，是获取信息的重要途径。多通道采集系统在社会发展的方方面面都必不可少；例如 电子测量等等。FPGA具有抗干扰性强、具有更大的并行度能实现并行处理、开发周期短、选算速度越快 。多通道相比单通道效率更高。因此，需要对FPGA多通道信号采集系统设计进行研究。

2. 课题关键问题和重难点

通过FPGA的多通道采集系统旨在解决实时同步采集多通道的同一个采样点，满足对多通道信号进行相关信 息的分析，实现多通道模拟信号的采集和处理，实现系统所需求的实时、同步和高速采集等功能。对通信安性 和可靠性的要求越来越高[3 ，接口与接口的匹配，正常数据传输时满足高速多通道。信号采集处理系统除了必 须具备的功能，还有支持多通道之间同步采集、数据稳定通信传输等功能，所以提出基于FPGA的多通道信号采 集系统。最主要的、最根本的关键性困难：参数要求高，在具体操作中，经常需要对数据进行采集，将采集到 的数据送入计算机进行处理，因此，数据采集很重要。

需要解决的问题：如何实现FPGA内部锁相环；如何写出乒乓球结构代码；如何实现坏块检测技术； FPGA如何接受ADC数据采集AD数据后如何处理如何进行逻辑设计；ADC的性能指标是决定数据采集系统性 能最关键的因素；如何实现flash高速写入要求；数据采集如何发现异样数据；如何实现多路模块设计。

3. 国内外研究现状（文献综述）

1、FPGA多通道信号采集国内外研究现状和发展动态：

FPGA相比于其他芯片功能较固定，FPGA芯片底层逻辑运算单元的连线及逻辑布局未固定化，我们 可以用EDA软件对逻辑单元和开关阵列编程，实现不同功能。FPGA相对于其他芯片功耗低，灵活性高， 延迟低的特点。 目前，国内外FPGA市场规模不断扩大，国内不断增速。相比于国内，国外起步较早， 技术好，垄断市场，国内存在较大差距。FPGA最大的特点是可编程性，最初应用领域为通信，现在热 门程度遍及多个领域，社会对FPGA的需求上升，未来不可估量。市场现状，主要芯片为FPGA、ASIC、 ASSP。XILINX、ALTERA两家公司垄断。FPGA的三大缺点：成本、功耗和编程设计。传统的多通路信号 采集系统ARM或DSP作为控制核心，不能有效解决高速数据采集处理中实时性和同步性，功能简单、通 道数少、时钟频率低。与DSP和ARM相比，FPGA非常适用于数据采集和处理。多通道信号采集在通信行 业有很重要的地位，不仅瞬时带宽，而且要求多个通道同时采样时时延小，才能应用到多个领域。 自 50年代以后，数据采集系统就受到西方国家的重视，70年代发展分为两类：实验室数据采集系统/工业 现场数据采集系统。80年代有了一定的成果，中国刚刚开始接触， 目前我国运用到了地震检测中，美 国组建了科学实验室。 目前国内外都是用嵌入式架构来做便携式数据采集的难题。典型的多通道系统 包括数据采集、数据处理、存储和传输。

4. 研究方案

(1) 总体方案、系统结构图

FPGA把采集到的经过AD模数转换的数据写到外部FIFO中，FIFO读取数据写入FLASH存储器。

5. 工作计划

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