基于FPGA的高速數(shù)據(jù)采集控制模塊設(shè)計

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，實現(xiàn)了高速數(shù)據(jù)采集和光纖傳輸 其中FPGA用于實現(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、實時性強、集成度高、擴展靈活等特點，并且通過試驗驗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)測等領(lǐng)域，現(xiàn)場信號具有重要的作用。這些信號的主要特點是：實時性強、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并及時進行處理，需要臨測系統(tǒng)能夠具備任意長度連續(xù)采集和存儲的功能，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、時鐘頻率高、時序控制精確、運行速度快、編程配置靈活等特點，采用其作為核心控制模塊。因為光纖通信使用簡單的點到點互連，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，在增加可靠性的同時降低了電纜連接的復(fù)雜程度，所以采用光纖作為信號傳輸媒介。
這里設(shè)計的數(shù)據(jù)采集控制模塊能夠?qū)?通道模擬信號進行兩種不同頻率的采集，采集時間的長短町以進行控制，并對數(shù)據(jù)進行了編幀，編解碼處理，利用光纖進行數(shù)據(jù)傳輸。

1 模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計方案
8通道的模擬信號經(jīng)過信號調(diào)理、A／D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路后進入FPGA。上位機發(fā)送的控制幀經(jīng)光收發(fā)模塊、串并轉(zhuǎn)換器后進入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。上位機向FPGA發(fā)送采樣控制信號：采樣導(dǎo)前信號以及采樣時間長度信號。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)計框圖如圖1所示。