32通道数据采集系统的设计与实现

摘要

数据采集系统广泛地应用于科学研究、工业生产、日常生活等各个方面。在实际应用中，通常需要对多组传感器的输出信号进行采集。同时，传感器输出信号的类型、频率、大小又各有差异，这就使只有单通道的数据采集系统不再适用。
　　本论文主要研究内容是32通道数据采集系统的设计与实现。设计中采用Altera公司的Cyclone III系列芯片EP3C5E144C8作为核心控制器，其具有运行速度快、使用灵活、适合高速信号处理等优点；采用Cypress公司的Cy7c68013A作为USB接口芯片，其具有使用方便、支持热拔插、方便扩展、速度快等优点。系统总体方案是利用FPGA产生核心控制时序，将32路信号分时切换至ADC进行转换，然后将转换后的数据通过FPGA传输至处于Slave FIFO模式下的USB控制芯片，继而传输至计算机进行处理，最终实现数据的绘图、保存及显示。本文主要内容包括以下几个方面：
　　首先，本文简要回顾了数据采集系统的发展历程，介绍了数据采集系统的结构形式、主要功能以及硬件的组成部分，并给出了本数据采集系统的总体方案。
　　其次，详细介绍了以 FPGA芯片为控制核心，USB控制芯片为接口的数据采集系统的硬件电路设计，包括模拟放大电路、电源电路、通道选择电路、时钟电路、复位电路、A/D转换电路、USB接口电路、FPGA配置电路等，给出了相应电路原理图，并在此基础上完成了PCB图的设计。
　　再次，从三个部分详细介绍了系统的软件程序设计。第一部分是基于FPGA的逻辑程序设计，包括分频模块、AD控制模块、通道切换模块、FIFO模块、USB控制模块以及参数设置模块，并给出了相应仿真结果；第二部分是USB固件程序以及驱动程序设计，介绍了固件程序的设计流程，给出了主要的配置代码，在Slave FIFO模式下实现了使用端点2和端点6来批量传输数据；第三部分是基于 MFC的系统应用程序设计，给出了主要的配置代码，应用程序可以实现数据采集的开始、停止、波形显示等功能。
　　最后，对系统的硬件电路和应用程序进行了测试，介绍了测试过程并给出了测试结果。最终测试结果表明，系统可实现对32路信号的循环采集，符合设计要求。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外发展现状

1.3 本论文的主要研究内容及安排

第二章 数据采集系统概述及系统总体方案

2.1 数据采集系统结构形式

2.2 数据采集系统基本结构

2.3 数据采集系统主要功能

2.4 系统总体方案

2.5 本章小结

第三章 系统硬件电路设计

3.1 放大电路设计

3.2 数字电路设计

3.3 电路PCB设计

3.4 本章小结

第四章 系统软件程序设计

4.1 FPGA逻辑设计

4.2 USB固件及驱动程序设计

4.3 应用程序设计

4.4 本章小结

第五章 系统功能测试

5.1 系统硬件调试

5.2 应用程序测试

5.3 系统整体测试

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录