[發明專利]一種基于FPGA的數據采集系統

在審

• 申請號: 201710494834.6
• 申請日: 2017-06-26
• 公開（公告）號: CN107168181A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 陳浩敏;陳波;郭曉斌;董旭柱;吳爭榮;劉志文
• 申請（專利權）人: 南方電網科學研究院有限責任公司;中國南方電網有限責任公司電網技術研究中心
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司44224
• 代理人: 黃曉慶

技術領域

本發明涉及數據采集領域，特別是涉及一種基于FPGA的數據采集系統。

背景技術

在現代的科研、生產和人們的日常生活中，數據采集系統應用十分廣泛，需要對溫度、濕度、壓力、流量等物理量進行檢測，并通過相應的傳感器將這些物理量轉換成模擬電信號，然后對模擬電信號進行放大、濾波、模數轉換等后發送給計算機進行處理，最后將結果顯示出來，這就是數據采集。隨著檢測技術的發展，對數據采集系統的采樣準確性、采樣速率等參數提出更高的要求，尤其對某些數據采集分析需求較高的領域，如電力領域中，需要對各類表征參數進行采集和分析，才能準確掌握系統運行的實時狀態，并且需要對各類微弱、高頻等復雜的信號進行精確、快速的測量與特征提取。而傳統的基于的微處理器的數據采集系統，需要設計復雜的外圍硬件電路，成本高，且數據采集的準確度和處理速度均不能滿足需求。

發明內容

基于此，有必要提供一種準確度高、處理速度快的實時數據采集系統。

一種基于FPGA(Field-Programmable Gate Array，現場可編程門陣列)的數據采集系統，包括依次連接的數據采集模塊、數據處理模塊和數據傳輸模塊。所述數據采集模塊包括至少一個數據采集通道，用于對多路信號進行同步采集和采樣，并將采樣信號發送至所述數據處理模塊；所述數據處理模塊包括分別與所述數據采集模塊和所述數據傳輸模塊連接的FPGA處理器，所述FPGA處理器用于對所述采樣信號進行處理，以及通過所述FPGA處理器內部集成的軟核控制器對所述數據采集模塊和數據傳輸模塊進行控制；所述數據傳輸模塊，用于將所述數據處理模塊處理后的信號傳輸至上位機系統。

在其中一個實施例中，所述數據采集模塊包括信號處理模塊，以及與所述信號處理模塊連接的信號轉換模塊，所述信號處理模塊用于將采集的同步信號轉換為所述信號轉換模塊可識別的標準信號，并發送至所述信號轉換模塊。

在其中一個實施例中，所述信號轉換模塊包括至少一個A/D轉換器，所述A/D轉換器采用菊花鏈連接模式進行級聯，用于將所述標準信號轉換為串行采樣信號，并輸出給所述數據處理模塊。

在其中一個實施例中，所述數據采集模塊包括8個數據采集通道，所述信號轉換模塊包括8個A/D轉換器，每4個A/D轉換器采用菊花鏈連接模式進行級聯。

在其中一個實施例中，所述A/D轉換器為24位A/D轉換器AD7765。

在其中一個實施例中，所述信號處理模塊包括可編程增益放大器，用于對所述采集的同步信號進行放大處理。

在其中一個實施例中，所述信號處理模塊還包括與所述可編程增益放大器和所述A/D轉換器連接的濾波器，所述濾波器用于對放大后的信號進行濾波處理。

在其中一個實施例中，所述軟核控制器還用于對所述可編程增益放大器、濾波器和A/D轉換器發送控制指令，所述可編程增益放大器、濾波器和A/D轉換器根據所述控制指令執行對應的操作。

在其中一個實施例中，所述數據處理模塊還包括SDRAM存儲器，所述SDRAM存儲器用于儲存所述數據采集系統的數據。

在其中一個實施例中，還包括電源管理模塊，所述電源管理模塊分別與所述數據采集模塊、數據處理模塊和數據傳輸模塊連接，為所述數據采集模塊、數據處理模塊和數據傳輸模塊提供不同等級的電源電壓。

上述基于FPGA的數據采集系統，包括依次連接的數據采集模塊、數據處理模塊和數據傳輸模塊。通過所述數據采集模塊的至少一個數據采集通道，能夠實現對多路信號的同步采集；數據處理模塊通過采用FPGA處理器對采樣信號進行并行處理，提高了數據的處理速度，在FPGA處理器內部嵌入的軟核控制器，使得通過所述軟核控制器對數據采集模塊、數據傳輸模塊等外圍電路進行控制，能夠在不改動外圍硬件電路的情況下對系統進行升級，具有很高的設計靈活性，而且通過FPGA處理器實現大部分數字系統設計，不僅減少了外圍模塊電路的數量，降低了成本，而且還降低了外圍電路PCB布線布局的復雜程度，增強了系統的穩定性和信號采集的準確度。

附圖說明

圖1為本發明一實施例的基于FPGA的數據采集系統的結構示意圖；

圖2為本發明另一實施例的基于FPGA的數據采集系統的結構示意圖；

圖3為本發明一實施例中信號處理模塊的結構示意圖。

具體實施方式