基于FPGA高速数据采集系统的设计与实现

数据采集，作为获得最初信息的重要途径，是监测被控对象和控制管理系统的关键技术之一。目前，数据采集技术已广泛应用于工业生产、医疗器械、交通设备、生物工程等各个领域。随着计算机技术的发展以及仪表总线和网络技术的普及，数据采集技术朝着高速率、高性能、易操作的方向发展。本课题从实际需求出发，设计一种高速、高精度、实时性强且具有低成本、灵活接口的通用型数据采集系统。系统基于FPGA技术，采用SOPC设计理念，应用Nios Ⅱ软核处理器作为系统的控制核心，控制高速A/D转换器进行数据采样，并将采集到的数据送入FIFO中缓存，Nios Ⅱ控制USB接口芯片将数据传送给PC机，最后以LabVIEW为数据处理平台，完成对采集信号的显示和分析功能。本文介绍了典型数据采集系统的组成架构，设计了系统的硬件电路，主要包括前端高速A/D转换器模块、FPGA主控端和USB接口电路。根据每个模块的设计思想与程序流程进行了软件设计，主要包括Nios Ⅱ软件设计、USB固件程序设计、USB驱动程序开发并且对采集到的数据进行了传输速率测试，最后设计了基于LabVIEW的上位机程序界面。测试结果表明，该系统具有速度快、方便可靠等优点，能够达到稳定的最高传输速率约为20MB/s。