[發明專利]一種基于FPGA和TCP/IP的多路采集與切換電路

在審

• 申請號: 201910945368.8
• 申請日: 2019-09-30
• 公開（公告）號: CN110888347A
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 李冬;吳翠娟
• 申請（專利權）人: 蘇州經貿職業技術學院
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;H04L29/06
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

本發明公開了一種基于FPGA和TCP/IP的多路采集與切換電路，屬于多路采集與切換控制領域，包含PC控制及顯示模塊、LCD顯示及鍵盤控制模塊、電源與時鐘模塊、FPGA邏輯控制模塊、以太網TCP/IP通信模塊、通道管理與切換模塊、ADC信號采集模塊和微控制器模塊；所述FPGA邏輯控制模塊包含通道切換單元、放大整形電路、數據處理單元、時鐘與復位單元、W5500控制單元、STM32控制單元，本發明涉及并行數據采集、多路通道切換、TCP/IP協議通信等模塊，并通過上位機PC或鍵盤與LCD進行遠程或本地準確控制與實時顯示，滿足多路通道切換、模擬信號并行采集、可靠性傳輸等功能的需求。

技術領域

本發明屬于多路采集與切換控制領域，尤其涉及一種基于FPGA和TCP/IP的多路采集與切換電路。

背景技術

隨著信息網絡與分布式采集技術的飛速發展，在智能交通、工業測控等領域，對網絡數據傳輸處理速度、可靠性及實時性的要求越來越高。同時，現場可編程門陣列（FPGA）憑借日益豐富的片內資源、運行速度快和并行處理等特點，使其成為高速采集傳輸系統設計的一個有效手段。

以太網標準TCP/IP協議是Internet互聯網絡的基礎，其不依賴固定的硬件或軟件系統，可以集成于不同的網絡環境中，具有通信可靠、使用普遍、易于適配接口等優點。但傳統的基于CPU軟件實現的TCP/IP協議處理方式，占用大量的CPU資源，消耗存儲空間，無論在處理速度還是穩定性方面，都無法與基于硬件實現的相比。

韓國WIZnet公司推出的以太網控制芯片W5500支持硬件TCP卸載引擎（TCPOffload Engine，TOE），其集成了TCP/IP全硬件協議棧，能夠大幅提高應用設備的網絡性能，降低CPU占用率，減少FPGA邏輯資源使用，縮短響應時間。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述研究現狀和分布式采集場景分析提供一種基于FPGA和TCP/IP的多路采集與切換電路，其涉及并行數據采集、多路通道切換、TCP/IP協議通信等模塊，并通過上位機PC或鍵盤與LCD進行遠程或本地準確控制與實時顯示，滿足多路通道切換、模擬信號并行采集、可靠性傳輸。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種基于FPGA和TCP/IP的多路采集與切換電路，包含PC控制及顯示模塊、LCD顯示及鍵盤控制模塊、電源與時鐘模塊、FPGA邏輯控制模塊、以太網TCP/IP通信模塊、通道管理與切換模塊、ADC信號采集模塊和微控制器模塊；

所述FPGA邏輯控制模塊包含通道切換單元、放大整形電路、數據處理單元、時鐘與復位單元、W5500控制單元、STM32控制單元；

所述放大整形電路包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第五電容、第六電容、第七電容、第一二極管、第一三極管、第二三極管、第三三極管；

所述第一電阻為變阻器，所述第一電阻的滑動端連接第一電容的一端，所述第一電容的另一端分別連接第二電阻的一端、第三電容的一端，第三電阻的一端、第一三極管的基極，所述第三電阻的另一端接地，所述第一三極管的發射極分別連接第五電阻的一端、第四電容的一端，所述第五電阻的另一端、第四電容的另一端均接地；

所述第一三極管的集電極分別連接第三電容的另一端、第四電阻的一端、第二三極管的基極；所述第二三極管的發射極連接第五電容的一端，所述第五電容的另一端接地；所述第二三極管的集電極分別連接第二電阻的另一端、第二電容的一端、第六電容的一端、第三三極管的發射極；

所述第二電容的另一端分別連接第六電阻的一端、第七電阻的一端，所述第七電阻的另一端分別連接第三三極管的集電極、第七電容的一端，所述第七電容的另一端接地；所述第六電阻的另一端分別連接第一二極管的陽極、第三三極管的基極；所述第一二極管的陰極連接第四電阻的另一端；