adc电路fpga csdn_基于FPGA的多通道同步实时高速数据采集系统设计

随着科学技术的快速发展，数据采集系统已广泛应用于航天、军事、工业、医疗等各个领域，尤其在高精度产品的检测和监控项目中发挥着至关重要的作用^[1]。在实际工程应用中，要求采集系统具有高速率、高精度、实时处理、系统稳定性好和通道数量多等特点。但是，传统的数据采集方案多数以ARM处理器(Advanced RISC Machine，ARM)或数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)作为控制核心，并不能有效解决高速数据采集处理中实时性和同步性的技术难题^[2]。

与DSP和ARM相比，在数据采集领域有着极其重要的地位。FPGA具有时钟频率高、内部延时小、纯硬件并行控制、运算速度快、编程配置灵活、开发周期短、抗干扰能力强、内部资源丰富等优点，非常适用于实时高速数据采集^[3-4]。

针对上述问题，本文设计了一种以FPGA作为主要处理器的16通道实时高速高精度的同步数据采集系统，本方案在实际监测工程中的采样频率为200 kHz，运用FPGA合理地控制和协调数据流在各个模块之间传输，进而实现系统所需求的实时、同步和高速采集等功能。

1 系统总体设计

1.1 系统总体设计结构

本系统的总体结构设计如图1所示，该系统由数据前采集前端处理、数据存储系统、选通开关控制系统和FPGA核心控制系统四部分构成。采集前端处理主要对输入测量系统的模拟信号进行滤波处理和幅值控制，以保证输入采集芯片的模拟信号更加稳定；FPGA核心控制系统通过使用FPGA作为核心控制器件，实现了数据同步处理、实时采集、数据缓存、时序约束、端口控制、数据判读数、据存储等功能；数据存储系统的功能是将判读后的数据实时存储到Flash中；选通开关控系统则是利用1选8多路复用开关ADG1408和固态继电器G3FD-X03SN实现被测设备的输入信号选通和电源通断控制，使被测设备能安全快速地进入到监测状态。本系统需要对8个被测设备进行同步实时循环测量与控制，并对测量数据进行记录判读、传输与存储。主要包括：供电管理与电源控制、直流电压电流实时监测、模拟信号通道切换、射频信号切换、数据存储等功能。

1.2 系统工作原理

系统上电后，等待FPGA初始化完成，进入等待连接状态。当外部输入相关命令参数后，由FPGA接收并解析命令。先控制系统内部选通开关工作，将