多通道可变采样率采集存储技术研究与实现

摘要

在现代工程实践和科学研究中为获取更丰富的目标信息，人们对数据采集存储系统的设计提出了更高的要求，虽然各种新型的数据采集存储系统不断涌现，但多数产品的采样率比较单一，不能满足处理日趋多样化的被测信号的需求。因此，本文研究和设计了一种采样率可变的多通道数据采集存储卡。
　　本文设计的采集存储卡包含16个通道，系统中可至少挂接6块同样的卡。设计中借助FPGA丰富的I/O资源和强大的逻辑控制能力，通过控制两片多通道ADC独立采样、转换和缓存的方法，可以使不同ADC的采样率互不相同，各ADC的采样率参数由计算机软件随卡地址一齐装订下发。当针对不同频率的被测信号选择不同采样率时，抗混叠滤波器的截止频率也必须相应调整。设计中采用截止频率可调的开关电容型滤波器，实现了截止频率随采样率参数自动调整。采集得到的数据除实时上传到计算机外，还同时存储到板载Flash存储器中，设计中实现了Flash的无效块识别、逐块擦除和逐页读、写等操作。测试结果表明，每片ADC的采样率可以在50ksps、25ksps、10ksps、5ksps、1ksps范围内选择，抗混叠滤波器的截止频率可以自动匹配可变的采样率，其他功能模块也能实现基本功能且性能良好。
　　文章最后总结了所做的工作和现阶段取得的成果，对尚未完成的工作和进一步研究的方向做了说明和展望。

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1 绪论

1.1 数据采集系统概述

1.2 发展历史与研究现状

1.3 研究目的及意义

1.4 论文内容安排

2 总体方案与技术难点

2.1 本课题的主要研究内容

2.2 方案的确定及技术难点分析

2.3 本章小结

3 硬件电路设计

3.1 供电电路设计

3.2 前端调理滤波电路设计

3.3 A/D转换电路设计

3.4 存储电路设计

3.5 FPGA配置电路设计

3.6 PCB设计

3.7本章小结

4 FPGA逻辑设计

4.1 通信协议设计

4.2 采集控制模块设计

4.3 异步FIFO与帧结构设计

4.4 Flash控制模块设计

4.5 其他模块设计

4.6 本章小结

5 性能测试

5.1 硬件电路测试

5.2 功能测试

5.3 本章小结

6 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢