基于FPGA的高速數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)計

摘要：介紹一種采用USB2.0接口與PC機進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚贁?shù)據(jù)采集卡的設(shè)計。給出了硬件的基本結(jié)構(gòu)和軟件固件設(shè)計的基本方法，并對用FPGA設(shè)計FIFO做了重點闡述，同時對使用異步并行A/D轉(zhuǎn)換與使用采樣率為444～440MS/s的ADC器件的采樣數(shù)據(jù)在FIFO內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸進行了時序仿真，并分析了仿真結(jié)果。

關(guān)鍵詞：USB2.0；A/D轉(zhuǎn)換；FPGA；高速數(shù)據(jù)采集卡

中圖分類號：文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1004—373X（2012）18—0146—03

引言

數(shù)據(jù)采集在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)研究中的重要地位日益突出，同時對實時采集、實時傳輸、實時處理的高速數(shù)據(jù)采集的要求也不斷提高。此外，對于不同的場合，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采樣參數(shù)要求也不同。工業(yè)生產(chǎn)與科研領(lǐng)域中對數(shù)據(jù)采集研發(fā)提出了以下的要求：

（1）接口簡單靈活且有較高的數(shù)據(jù)傳輸率；

（2）采集器體積小、抗干擾能力強、能夠?qū)?shù)據(jù)做出快速的存儲，并及時進行分析和處理；

（3）設(shè)計周期短，能快速適應(yīng)市場需求。

USB2.0以其即插即用、支持熱插拔的靈活性，以及高達480Mb/s的傳輸速率，成為了高速數(shù)據(jù)傳輸接口的首選。而FPGA以其工作頻率和集成度高、穩(wěn)定性良好、抗干擾能力強等優(yōu)點，逐步成為各領(lǐng)域數(shù)據(jù)采集數(shù)字電路的首選。FPGA集成軟核有設(shè)計周期短、設(shè)計投入少等優(yōu)越性，且不涉及具體的物理實現(xiàn)，可以方便移植到各種FPGA硬件平臺，極大提高了它的靈活性和適應(yīng)性。基于此本文設(shè)計一款采用USB2.0接口實現(xiàn)與PC機數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚贁?shù)據(jù)采集卡，它既能實現(xiàn)采集卡與PC機的方便連接，又能保證較高的傳輸率和合適的性價比[1]。

1數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)方案設(shè)計

數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)主要由USB2.0通道、FPGA和A/D轉(zhuǎn)換器組成，如圖1所示。