一種基于FPGA的多通道數據采集系統設計
2020年信息技術與網絡安全第9期
簡志景1，2，梁 昊1，2
1.中國科學技術大學 核探測與核電子學國家重點實驗室，安徽 合肥230026； 2.中國科學技術大學 近代物理系，安徽 合肥230026
摘要： 設計并實現了一種基于FPGA的四通道數據采集系統。系統由65 MS/s的模數轉換器AD9219實現對信號的高速采樣。為滿足采集數據實時存儲的要求，設計了高速、大容量的DDR2硬件電路和接口邏輯。采集數據可通過USB接口上傳至上位機，上位機負責數據的保存、處理和顯示，同時控制數模轉換器以直接數字合成的方式輸出波形。測試結果表明，系統運行穩定可靠，可靈活控制。該系統為高性能數據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： TP216
文獻標識碼： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.09.002
引用格式： 簡志景，梁昊. 一種基于FPGA的多通道數據采集系統設計[J].信息技術與網絡安全，2020，39(9)：6-11.
文獻標識碼： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.09.002
引用格式： 簡志景，梁昊. 一種基于FPGA的多通道數據采集系統設計[J].信息技術與網絡安全，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域，Langmuir單探針方法由于結構簡單、測量范圍大和結果可靠而被廣泛應用。目前以單片機為主控芯片的傳統診斷設備采樣率較低，一般不超過400 kS/s[1]，甚至只有38 kS/s[2]，這些設備的ADC數據接口通常采用SPI或I2C，數據傳輸能力有限，而且數據處理大多依賴軟件設計，難以滿足現在高速、高精度、長時間和大容量的測量要求[3]。準確高效地獲取這些數據對等離子體特性的研究有重要意義。
為了提高診斷結果的準確性，需要采集大量的實驗數據。本文提出了一套基于FPGA的四通道數據采集硬件系統，每通道采樣率為65 MS/s，硬件中的ADC與FPGA之間采用高速LVDS信號進行數據傳輸，并且完成了基于.net框架下WPF技術的上位機可視化軟件開發，實現了高速、大容量的數據采集、處理和顯示。該系統可以由上位機靈活控制并長期穩定運行。
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作者信息:
簡志景1，2，梁 昊1，2
(1.中國科學技術大學 核探測與核電子學國家重點實驗室，安徽 合肥230026；
2.中國科學技術大學 近代物理系，安徽 合肥230026)
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