基于SOPC的高速数据采集系统研究与设计

摘要

随着社会的进步，科技的发展，数据采集以及相应的显示、控制，在现代工业生产及科学研究中的重要地位日益突出，并且对实时、高速数据采集的要求也不断提高。对数据采集设备设计有两方面要求：一方面要求接口灵活且有较高的数据传输率；另一方面需要有高速、高精度、实时性高的高性能控制器件对数据做出快速、准确的响应，并及时处理。传统数据采集卡多是采用PCI或ISA总线接口，安装麻烦、价格昂贵、扩展性差等缺点。通用串行总线USB具有安装方便、高带宽、易扩展等优点，其中USB2.0标准具有480Mbps的最高数据传输率，这使USB成为本系统所选接口类型。控制方面，传统数据采集通常使用单片机或DSP作CPU进行控制和数据处理。单片机的时钟频率低，无法适应高速数据采集;DSP虽能满足速度要求，但速度提高的同时，提高了成本。由FPGA实现的SOPC具有时钟频率高、内部延时小和配置灵活等优势。数据显示方面，采用虚拟仪器，不但可按自己的要求设计、变换灵活，还能执行传统仪器无法实现的许多功能。本系统使用FPGA实现的SOPC控制数据采集系统，利用Labview实现系统的显示与控制。 基于课题要求以及对新技术的研究，本文提出了一种基于SOPC(可编程片上系统)和USB2.0接口进行高速数据采集系统的设计方案，并利用Labview实现一个简单虚拟仪器(Ⅵ)的设计，介绍了此方案中用到的USB接口芯片CY7C68013的工作原理，利用FPGA(现场可编程门阵列)实现的SOPC功能模块以及使用Labview虚拟仪器开发平台进行虚拟仪器设计的方法与步骤，并阐述了此方案的硬件实现。 在本系统基础上嵌入操作系统，可进一步开发便携式手持数据采集设备；另外，虚拟仪器的应用，用户可按自己的要求自行设计、变换灵活，不仅能执行传统仪器的功能，还能执行传统仪器无法实现的功能。对广大测控技术人员具备较高的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1选题背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3课题主要研究内容和主要工作

1.4论文的内容简介

第2章系统总体设计

2.1本系统总体设计

第3章系统相关技术

3.1 FPGA技术

3.2 SOPC技术及其研究

3.3 USB总线技术

3.4虚拟仪器及Labview

第4章系统硬件设计

4.1电路总体设计

4.1.1系统概述

4.1.2技术指标

4.2前端采集电路

4.2.1信号调理电路

4.2.2模数转换电路

4.2.3采集电路电源

4.3 FPGA/SOPC核心系统设计

4.3.1 EP1C6Q240C8芯片介绍

4.3.2 FPGA最小系统硬件设计

4.3.3基于FPGA的逻辑设计

4.3.4基于SOPC的系统设计

4.4 USB2.0电路设计

4.4.1 CY7C68013芯片介绍

4.4.2 CY7C68013电路

4.5滤波与抗扰

第5章系统软件设计

5.1固件程序设计

5.2 USB驱动程序

5.3应用程序设计

结论

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果