《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一種基于FPGA的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2020年信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全第9期
簡(jiǎn)志景1，2，梁 昊1，2
1.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 核探測(cè)與核電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥230026； 2.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 近代物理系，安徽 合肥230026
摘要： 設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于FPGA的四通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)由65 MS/s的模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9219實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的高速采樣。為滿足采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)的要求，設(shè)計(jì)了高速、大容量的DDR2硬件電路和接口邏輯。采集數(shù)據(jù)可通過(guò)USB接口上傳至上位機(jī)，上位機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的保存、處理和顯示，同時(shí)控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器以直接數(shù)字合成的方式輸出波形。測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，可靈活控制。該系統(tǒng)為高性能數(shù)據(jù)采集提供了一套包括軟硬件的整體解決方案，可以滿足低溫等離子診斷的要求。
中圖分類號(hào)： TP216
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.09.002
引用格式： 簡(jiǎn)志景，梁昊. 一種基于FPGA的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全，2020，39(9)：6-11.
Design of multi-channel data acquisition system based on FPGA
Jian Zhijing1，2，Liang Hao1，2
1.State Key Laboratory of Particle Detection and Electronics，University of Science and Technology of China， Hefei 230026，China； 2.Department of Modern Physics，University of Science and Technology of China，Hefei 230026，China
Abstract： A four-channel data acquisition system based on FPGA is designed and implemented. The system uses 65 MS/s Analog-to-Digital Convert(ADC) AD9219 to realize high speed sampling. In order to meet the requirements of real-time storage of collected data, a high-speed and high-capacity DDR2 hardware circuit and interface logic are designed. ADC data can be uploaded to the host computer through the USB interface. The host computer is responsible for the data storage, processing and visualizing. It can also control the Digital-to-Analog Convert(DAC) to output waveforms in the way of direct digital synthesis. The test results show that the system is stable, reliable and can be controlled flexibly. The system, including software and hardware, provides an overall solution for high-performance data acquisition, which can meet the requirements of low-temperature plasma diagnosis.
Key words : FPGA；multi-channel data acquisition；ADC；DDR2 SDRAM

0 引言

    在低溫等離子體診斷領(lǐng)域，Langmuir單探針方法由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量范圍大和結(jié)果可靠而被廣泛應(yīng)用。目前以單片機(jī)為主控芯片的傳統(tǒng)診斷設(shè)備采樣率較低，一般不超過(guò)400 kS/s[1]，甚至只有38 kS/s[2]，這些設(shè)備的ADC數(shù)據(jù)接口通常采用SPI或I2C，數(shù)據(jù)傳輸能力有限，而且數(shù)據(jù)處理大多依賴軟件設(shè)計(jì)，難以滿足現(xiàn)在高速、高精度、長(zhǎng)時(shí)間和大容量的測(cè)量要求[3]。準(zhǔn)確高效地獲取這些數(shù)據(jù)對(duì)等離子體特性的研究有重要意義。

    為了提高診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要采集大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。本文提出了一套基于FPGA的四通道數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)，每通道采樣率為65 MS/s，硬件中的ADC與FPGA之間采用高速LVDS信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并且完成了基于.net框架下WPF技術(shù)的上位機(jī)可視化軟件開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了高速、大容量的數(shù)據(jù)采集、處理和顯示。該系統(tǒng)可以由上位機(jī)靈活控制并長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。




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作者信息:

簡(jiǎn)志景1，2，梁  昊1，2

(1.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 核探測(cè)與核電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥230026；

2.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 近代物理系，安徽 合肥230026)

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