基于FPGA的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

史籍， 常越， 李海國

(上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院，上海　200000)

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基于FPGA的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

史籍， 常越， 李海國

(上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院，上海200000)

介紹了一種基于MachXO2 4000ZE系列的FPGA芯片和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7356的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采樣率最高可達(dá)到5Msps。系統(tǒng)采用多個(gè)AD芯片來實(shí)現(xiàn)多路模擬量的實(shí)時(shí)采集。通過verilog編程語言實(shí)現(xiàn)FPGA芯片對AD轉(zhuǎn)換的時(shí)序控制。FPGA內(nèi)嵌的雙口RAM作為數(shù)據(jù)緩存器來存儲轉(zhuǎn)換結(jié)果。通過FPGA控制單元對AD轉(zhuǎn)換部分和數(shù)據(jù)緩存部分的控制可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)輸出的同時(shí)執(zhí)行。闡述了系統(tǒng)的構(gòu)成以及各個(gè)部分的工作原理，著重分析了FPGA控制策略和數(shù)據(jù)緩存的實(shí)現(xiàn)，并使用Modelsim仿真軟件進(jìn)行仿真與分析。

FPGA；AD7356；多路采集；A/D轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)緩存

0　引　言

在電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)裝置中，多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是重要的組成部分[1]。傳統(tǒng)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)存在一定的缺陷：每次只能進(jìn)行單通道的AD轉(zhuǎn)換，當(dāng)?shù)贜路信號轉(zhuǎn)換完畢后才可以進(jìn)行第N+1路信號的轉(zhuǎn)換[2]，或者數(shù)據(jù)的采集與傳輸不能夠同時(shí)進(jìn)行，這樣造成了轉(zhuǎn)換效率不高的問題。傳統(tǒng)的AD轉(zhuǎn)換芯片還具有控制信號多，控制時(shí)序復(fù)雜的弊端。

在本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，由于FPGA集成度高，時(shí)序控制精確，片上資源豐富，可靈活對其編程,實(shí)現(xiàn)各種邏輯器件功能[3]，因此采用FPGA作為主控芯片。AD轉(zhuǎn)換芯片采用AD7356，該芯片可同時(shí)采集并且轉(zhuǎn)換兩路模擬信號，運(yùn)用多片AD7356可以對多路信號并行采集和轉(zhuǎn)換，提高了AD轉(zhuǎn)換效率；……