基于FPGA的高速數據采集卡的設計

摘要：介紹一種采用USB2.0接口與PC機進行數據傳輸的高速數據采集卡的設計。給出了硬件的基本結構和軟件固件設計的基本方法，并對用FPGA設計FIFO做了重點闡述，同時對使用異步并行A/D轉換與使用采樣率為444～440MS/s的ADC器件的采樣數據在FIFO內的數據傳輸進行了時序仿真，并分析了仿真結果。

關鍵詞：USB2.0；A/D轉換；FPGA；高速數據采集卡

中圖分類號：文獻標識碼：A文章編號：1004—373X（2012）18—0146—03

引言

數據采集在現代工業生產及科學研究中的重要地位日益突出，同時對實時采集、實時傳輸、實時處理的高速數據采集的要求也不斷提高。此外，對于不同的場合，數據采集系統的數據采樣參數要求也不同。工業生產與科研領域中對數據采集研發提出了以下的要求：

（1）接口簡單靈活且有較高的數據傳輸率；

（2）采集器體積小、抗干擾能力強、能夠對數據做出快速的存儲，并及時進行分析和處理；

（3）設計周期短，能快速適應市場需求。

USB2.0以其即插即用、支持熱插拔的靈活性，以及高達480Mb/s的傳輸速率，成為了高速數據傳輸接口的首選。而FPGA以其工作頻率和集成度高、穩定性良好、抗干擾能力強等優點，逐步成為各領域數據采集數字電路的首選。FPGA集成軟核有設計周期短、設計投入少等優越性，且不涉及具體的物理實現，可以方便移植到各種FPGA硬件平臺，極大提高了它的靈活性和適應性。基于此本文設計一款采用USB2.0接口實現與PC機數據傳輸的高速數據采集卡，它既能實現采集卡與PC機的方便連接，又能保證較高的傳輸率和合適的性價比[1]。

1數據采集和傳輸系統方案設計

數據采集和傳輸系統主要由USB2.0通道、FPGA和A/D轉換器組成，如圖1所示。