随着信息技术和电子技术的进步和日益成熟，计算机数据采集技术得到了广泛应用。由于ISA数据采集卡的固有缺陷，PCI接口的数据采集卡将逐渐取代ISA数据采集卡，成为数据采集的主流。为了简化PCI数据采集卡结构，提高数据采集可靠性，本文研究并开发了一种基于FPGA的PCI结构的数据采集卡系统。 论文对PCI对目标设备数据采集卡实现的原理和方法进行了深入研究，设计了基于FPGA的PCI数据采集卡的硬件电路，通过在FPGA中嵌入了PCI目标设备的IP核与用户逻辑部分，构成了SOPC系统。使用Verilog硬件描述语言设计并实现了FPGA内部采集数据管理、数据管理寄存器和FIFO数据缓冲队列等模块电路。利用ModelSim对PCI系统进行了仿真。完成了系统硬件电路PCB板的设计，最终制作了PCI数据采集卡。 论文针对PCI结构的数据采集卡系统软件需求，研究了WDM设备驱动软件、Windows环境的简易虚拟示波器以及简易虚拟逻辑仪实现原理和方法。利用DriverStudio+Windows DDK for XP+VC6的软件平台，开发了WDM设备驱动程序。实现了Windows环境的简易虚拟示波器，和简易虚拟逻辑仪。系统测试结果表明该系统设计正确，系统运行稳定，功能和指标达到了设计要求。
上传时间： 2013-07-27
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可配置端口电路是FPGA芯片与外围电路连接关键的枢纽，它有诸多功能：芯片与芯片在数据上的传递(包括对输入信号的采集和输出信号输出)，电压之间的转换，对外围芯片的驱动，完成对芯片的测试功能以及对芯片电路保护等。 本文采用了自顶向下和自下向上的设计方法，依据可配置端口电路能实现的功能和工作原理，运用Cadence的设计软件，结合华润上华0.5μm的工艺库，设计了一款性能、时序、功耗在整体上不亚于xilinx4006e[8]的端口电路。主要研究以下几个方面的内容： 1.基于端口电路信号寄存器的采集和输出方式，本论文设计的端口电路可以通过配置将它设置成单沿或者双沿的触发方式[7]，并完成了Verilog XL和Hspiee的功能和时序仿真，且建立时间小于5ns和保持时间在0ns左右。和xilinx4006e[8]相比较满足设计的要求。 2.基于TAP Controller的工作原理及它对16种状态机转换的控制，对16种状态机的转换完成了行为级描述和实现了捕获、移位、输出、更新等主要功能仿真。 3.基于边界扫描电路是对触发器级联的构架这一特点，设计了一款边界扫描电路，并运用Verilog XL和Hspiee对它进行了功能和时序的仿真。达到对芯片电路测试设计的要求。 4.对于端口电路来讲，有时需要将从CLB中的输出数据实现异或、同或、与以及或的功能，为此本文采用二次函数输出的电路结构来实现以上的功能，并运用Verilog XL和Hspiee对它进行了功能和时序的仿真。满足设计要求。 5.对于0.5μm的工艺而言，输入端口的电压通常是3.3V和5V，为此根据设置不同的上、下MOS管尺寸来调整电路的中点电压，将端口电路设计成3.3V和5V兼容的电路，通过仿真性能上已完全达到这一要求。此外，在输入端口处加上扩散电阻R和电容C组成噪声滤波电路，这个电路能有效地抑制加到输入端上的白噪声型噪声电压[2]。 6.在噪声和延时不影响电路正常工作的范围内，具有三态控制和驱动大负载的功能。通过对管子尺寸的大小设置和驱动大小的仿真表明：在实现TTL高电平输出时，最大的驱动电流达到170mA，而对应的xilinx4006e的TTL高电平最大驱动电流为140mA[8]；同样，在实现CMOS高电平最大驱动电流达到200mA,而xilinx4006e的CMOS驱动电流达到170[8]mA。 7.与xilinx4006e端口电路相比，在延时和面积以及功耗略大的情况下，本论文研究设计的端口电路增加了双沿触发、将输出数据实现二次函数的输出方式、通过添加译码器将配置端口的数目减少的新的功能，且驱动能力更加强大。
上传时间： 2013-07-20
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数据采集系统是信号与信息处理系统中不可缺少的重要组成部分，同时也是软件无线电系统中的核心模块，在现代雷达系统以及无线基站系统中的应用越来越广泛。为了能够满足目前对软件无线电接收机自适应性及灵活性的要求，并充分体现在高性能FPGA平台上设计SOC系统的思路，本文提出了由高速高精度A/D转换芯片、高性能FPGA、PCI总线接口、DB25并行接口组成的高速数据采集系统设计方案及实现方法。其中FPGA作为本系统的控制核心和传输桥梁，发挥了极其重要的作用。通过FPGA不仅完成了系统中全部数字电路部分的设计，并且使系统具有了较高的可适应性、可扩展性和可调试性。 在时序数字逻辑设计上，充分利用FPGA中丰富的时序资源，如锁相环PLL、触发器，缓冲器FIFO、计数器等，能够方便的完成对系统输入输出时钟的精确控制以及根据系统需要对各处时序延时进行修正。 在存储器设计上，采用FPGA片内存储器。可根据系统需要随时进行设置，并且能够方便的完成数据格式的合并、拆分以及数据传输率的调整。 在传输接口设计上，采用并行接口和PCI总线接口的两种数据传输模式。通过FPGA中的宏功能模块和IP资源实现了对这两种接口的逻辑控制，可使系统方便的在两种传输模式下进行切换。 在系统工作过程控制上，通过VB程序编写了应用于PC端的上层控制软件。并通过并行接口实现了PC和FPGA之间的交互，从而能够方便的在PC机上完成对系统工作过程的控制和工作模式的选择。 在系统调试方面，充分利用QuartuslI软件中自带的嵌入式逻辑分析仪SignalTaplI，实时准确的验证了在系统整个传输过程中数据的正确性和时序性，并极大的降低了用常规仪器观测FPGA中众多待测引脚的难度。 本文第四章针对FPGA中各功能模块的逻辑设计进行了详细分析，并对每个模块都给出了精确的仿真结果。同时，文中还在其它章节详细介绍了系统的硬件电路设计、并行接口设计、PCI接口设计、PC端控制软件设计以及用于调试过程中的SignalTapⅡ嵌入式逻辑分析仪的使用方法，并且也对系统的仿真结果和测试结果给出了分析及讨论。最后还附上了系统的PCB版图、FPGA逻辑设计图、实物图及注释详细的相关源程序清单。
上传时间： 2013-07-09
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本课题完成了基于FPGA的数据采集器以及IIC总线的模数转换器部分、通讯部分的电路设计。其中FPGA采用Xilinx公司Spartan-Ⅱ系列的XC2S100芯片，在芯片中嵌入32位软处理器MicroBlaze;ⅡC总线的模数转换采用Microchip公司的MCP3221芯片，通讯部分则在FPGA片内用VHDL语言实现。通过上述设计实现了“准单片化”的模拟量和数字量的数据采集和处理。 所设计的数据采集器可以和结构类似的上位机通讯，本课题完成了在上位机中用VHDL语言实现的通信电路模块。通过上述两部分工作，将微处理器、数据存储器、程序存储器等数字逻辑电路均集成在同一个FPGA内部，形成一个可编程的片上系统。FPGA片外仅为模拟器件和开关量驱动芯片。FPGA内部的硬件电路采用VHDL语言编写；MCU软核工作所需要的程序采用C语言编写。多台数据采集器与服务器构成数据采集系统。服务器端软件用VB开发，既可以将实时采集的数据以数字方式显示，也可以用更加直观的曲线方式显示。 由于数据采集器是所有自控类系统所必需的电路模块，所以一个通用的片上系统设计可以解决各类系统的应用问题，达到“设计复用”(DesignReuse)的目的。采用基于FPGA的SOPC设计的更加突出的优点是不必更换芯片就可以实现设计的改进和升级，同时也可以降低成本和提高可靠性。
上传时间： 2013-07-12
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在实际工程中，往往有大量分布广泛的现场数据需要远程采集传输。数据采集传输系统已经在实现自动化过程中发挥了重大作用。但还存在采集通道少、速率低、数据传输方式不灵活，操作复杂，对测试环境要求较高等问题。如何建立起新一代灵活、高效、高速、多通道、实用性强、覆盖面广、适应复杂监测环境的数据采集传输系统成为一个重要的工程问题。 随着社会的发展和进步，环境和生态的恶化越来越明显，日益威胁着人类的生存和发展。环境监测是环境保护的重要组成部分和基础性工作。国家环保部于2008年制定了《污染源在线自动监控(监测)数据采集传输仪技术要求标准》。本文在分析数据采集传输系统研究现状和发展趋势的基础上，依照该标准，研究了一种多种信号标准兼容，多种采集通道可选的环境监测用数据采集传输系统。课题来源于济南大陆机电有限公司委托科研项目(项目编号：W0624)。本文主要进行了以下工作： (1)分析研究数据采集传输系统的重要意义。调研数据采集传输系统的研究现状和发展趋势。分析环境监测用数据采集传输系统的特点。 (2)以国家环境保护部制定的《污染源在线自动监控(监测)数据采集传输仪技术要求标准》为依据，分析了环境监测用数据采集传输系统的特殊功能需求，制定了系统技术参数。为解决系统核心板与功能板架构存在的接口防震性差，系统不稳定等问题，提出功能主板与扩展接口板的系统架构。选用ARM9处理器S3C2440和嵌入式linux操作系统。 (3)以开发达到环保标准的数据采集传输系统为目标，进行了系统硬件设计制作。分析了系统的地址空间。详细分析了系统的扩展接口分配和地址空间分配，避免了总线等硬件资源的冲突。基于系统功能主板的总线扩展接口和GPIO扩展接口扩展了开关量采集单元、开关量输出单元、串口单元、模拟量采集单元、人机交互单元等功能单元等电路。设计制作了印制电路板。 (4)研究嵌入式linux开发过程，分析嵌入式linux驱动与应用程序架构。构建了交叉的嵌入式linux开发环境。对环境监测用数据采集传输系统的特定功能单元进行软件开发。主要进行了总线操作、模拟量采集、RS-232串口数据传输、GPRS数据传输、智能仪表的RS-485通讯等驱动应用程序开发。
上传时间： 2013-07-10
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核地球物理勘探是集核探测技术、电子技术、计算机技术为一体，能够快速、准确地分析出核素的相关信息及参数的一门综合性很强的学科。目前己广泛应用于铀矿勘探、地质填图、油气勘测以及寻找各种金属和非金属矿产等诸多领域。其中核地球物理数据的采集和处理是核地球物理勘探研究的重要课题之一，它将直接对测量结果产生影响。 本系统设计是架构在基于ARM7TDMI核的16/32位处理器S3C44BOX的硬件基础上，移植了嵌入式μCLinux操作系统、JFFS2文件系统、以及MiniGUI图形开发库。通过利用S3C44BOX处理器快速的运算速度、丰富的外围设备和嵌入式μCLinux操作系统及其丰富的软件资源，编写了系统引导代码、集成了LCD、MCA硬件设备的驱动程序、开发了GPS、GPRS应用程序。本论文研究成果主要有： 1.研制了基于高端的16/32位ARM7TDMI处理器S3C44BOX为控制核心、外围电路带有LCD显示以及时钟和存储电路的核数据采集系统。该系统能够稳定运行在60MHz频率，无需上位机，用户就可与之进行交互工作，能够独立完成能谱数据的采集、分析、存储等功能。系统具有低功耗、小型化、高性价比等特点。 2.实现了嵌入式μCLinux操作系统在采集系统上的移植。随着嵌入式系统的迅速发展，嵌入式操作系统在核仪器研制中的应用不仅能够提高系统的稳定性，而且通过充分利用Linux丰富的软件资源，能够快速的完成系统的定制和开发，构建复杂的软件系统。 3.实现了基于μCLinux的JFFS2嵌入式文件系统的移植，安全可靠的管理了系统引导代码、＃CLinux操作系统内核映象文件、谱处理程序和数据等。 4.初步实现了GPS定位、GPRS数据无线传输的功能。
上传时间： 2013-04-24
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核能谱仪中的数据采集系统，集核探测技术、电子技术、计算机技术为一体，以多道脉冲幅度分析器为核心部件，能够快速、准确地提取出核素的相关信息及参数。现已于勘探、建材放射性检测及环境放射性监测等领域得到广泛应用。随着嵌入式技术的发展，以32位ARM为核心的微控制器已被引入进来，提高了数据采集的速度和精度，同时嵌入式操作系统的引入也为功能扩展、系统集成提供了高效的开发平台。 本论文介绍的核数据采集系统即以ARM微控制器LPC2148和实时操作系统μC/OS-II为平台，谱数据采集为基本功能，在此基础上扩展GPS和GPRS模块，可实现GPS信息和核信号的实时、同步接收，保存和显示，并可将采集的数据通过GPRS网络及时传到采集中心进行谱数据处理和GPS差分定位，为野外多点测量及远程监测提供了有效的手段。 课题以教育部的高等学校博士学科点专项科研基金项目“基于3GS技术的便携式核地球物理数据采集系统研究(项目编号：20040616014)”为依托，本人在已有研究成果的基础上，进行了相关改进和系统集成： (1)选用轨对轨运算放大器，改进了峰值检测电路，增大了脉冲峰值的测量精度。 (2)数据采集系统以32位ARM微控制器LPC2148为核心，外围电路带有LCD显示，系统具有低功耗、小型化、高性价比等特点。 (3)实现了核数据采集系统对GPS、GPRS的集成。 (4)完成嵌入式μC/OS-II操作系统在LPC2148上的移植、操作系统的搭建，及各功能模块的设计与集成。
上传时间： 2013-04-24
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心血管疾病是威胁人类健康的主要疾病之一，而心电图检测是诊断心脏病变的有效手段。心电数据的高效采集和实时传输成为心电检测的基础，因此，设计一种性能可靠、价格低廉、体积较小的心电采集与远程传输系统将对心血管疾病的检测和预防具有重要意义。 本文在对心电信号采集技术和以太网传输技术进行深入研究的基础上，设计实现了一款基于ARM的心电信号采集与以太网传输系统。该系统前端是利用AD620、LM324、ADOP07等器件设计的信号调理电路，该电路实现了心电信号的高质量提取；系统的关键电路是以32位ARM7TDMI-S微控制器LPC2210为核心，并结合以太网控制芯片RTL8019AS、Flash SST39VF160和SRAM IS61LV25616AL设计的A/D转换模块和以太网接口模块，它构建了数据采集和传输的硬件基础；此外，论文还完成了μC/OS-II操作系统在LPC2210上的移植，并实现了系统TCP/IP协议栈；最后，采用了多任务化方式设计了系统应用程序。 通过远端上位机应用软件测试表明，本系统实现了心电信号的采集与传输，达到了远程监控心电信号的目的，且运行稳定可靠。
上传时间： 2013-06-15
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本文从总体方案、硬件电路、软件程序、性能测试等几个方面详细地阐述了基于FPGA与USB2.0的数据采集系统。采集系统选用高采样率低噪声的12位AD转换芯片进行AD转换电路设计；借助频率高、内部时延小的FPGA芯片实现USB固件并以此控制USB接口芯片，通过乒乓的方式对采样数据进行缓存，提高了系统数据吞吐能力；运用USB2.0标准的接口芯片为整个采集系统提供USB的通信能力。采用集成度较高的FPGA芯片作为系统控制核心，降低了设计难度，提高了系统稳定性，同时还减小了设备体积。
上传时间： 2013-04-24
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本论文利用FPGA可编程逻辑器件和硬件描述语言Verilog，采用自顶向下的设计方法，开发了一款基于PCI总线的高速数据采集卡。本数据采集系统中，采用PLX公司生产的PLX9080作为PCI总线接口芯片。用4片每片容量为8MB的SDRAM作为数据采集的前端和PCI总线的数据缓冲。用ALTERA公司生产的Cyclone系列FPGA实现PCI接口芯片PLX9080的时序逻辑、对数据采集通道的前端控制以及对SDRAM的读写控制。 在本论文将重点放在了用硬件描述语言Verilog进行FPGA硬件逻辑编程上。本论文按照自顶向下的设计方法，详细论述了PCI接口转化电路模块、SDRAM存储片子读写控制电路模块、FPGA内部寄存器读写控制电路模块以及用于RF端的自动增益控制电路AGC模块的设计。
上传时间： 2013-04-24
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