基于FPGA的高速數(shù)據(jù)采集控制模塊設(shè)計(jì)

摘要 以Spartan-3E系列FPGA為核心控制模塊，結(jié)合AD10242模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和MXP-123MD-F光收發(fā)模塊，實(shí)現(xiàn)了高速數(shù)據(jù)采集和光纖傳輸 其中FPGA用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)控制、雙口RAM和8B／10B編解碼等功能。該數(shù)據(jù)采集控制模塊具有性能可靠、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、集成度高、擴(kuò)展靈活等特點(diǎn)，并且通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了其功能的正確性。
關(guān)鍵詞 數(shù)據(jù)采集；FPGA；8B／10B編解碼；光纖傳輸

在雷達(dá)、通信、氣象、軍事監(jiān)控及環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)具有重要的作用。這些信號(hào)的主要特點(diǎn)是：實(shí)時(shí)性強(qiáng)、數(shù)據(jù)速率高、數(shù)據(jù)量大、處理復(fù)雜。為能夠完整、準(zhǔn)確地捕獲到各種信號(hào)并及時(shí)進(jìn)行處理，需要臨測(cè)系統(tǒng)能夠具備任意長(zhǎng)度連續(xù)采集和存儲(chǔ)的功能，且具有較高的數(shù)據(jù)傳輸率。考慮到FPGA擁有豐富的可編程I／O引腳、時(shí)鐘頻率高、時(shí)序控制精確、運(yùn)行速度快、編程配置靈活等特點(diǎn)，采用其作為核心控制模塊。因?yàn)楣饫w通信使用簡(jiǎn)單的點(diǎn)到點(diǎn)互連，具有傳輸損耗低、傳輸頻帶寬、速率高和抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，在增加可靠性的同時(shí)降低了電纜連接的復(fù)雜程度，所以采用光纖作為信號(hào)傳輸媒介。
這里設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集控制模塊能夠?qū)?通道模擬信號(hào)進(jìn)行兩種不同頻率的采集，采集時(shí)間的長(zhǎng)短町以進(jìn)行控制，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了編幀，編解碼處理，利用光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

1 模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
8通道的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理、A／D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路后進(jìn)入FPGA。上位機(jī)發(fā)送的控制幀經(jīng)光收發(fā)模塊、串并轉(zhuǎn)換器后進(jìn)入FPGA，作為采集數(shù)據(jù)的幀頭部分，該幀中有1 Byte決定了采樣的頻率。上位機(jī)向FPGA發(fā)送采樣控制信號(hào)：采樣導(dǎo)前信號(hào)以及采樣時(shí)間長(zhǎng)度信號(hào)。在FPGA中將8通道采集的數(shù)據(jù)以兩通道為一組分成4份分別與幀頭打包組幀，存入雙口RAM，編碼處理后經(jīng)過(guò)并串轉(zhuǎn)換器、光收發(fā)模塊發(fā)送出去。模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。