一種基於現場可編程門陣列晶片和乙太網的數據採集系統的製作方法
2023-06-02 19:10:51 1
一種基於現場可編程門陣列晶片和乙太網的數據採集系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及電子信息領域，特別涉及一種基於現場可編程門陣列晶片和乙太網的數據採集系統，通過乙太網RJ45接口與PC機進行通信。其系統構成包括：現場可編程門陣列（FPGA）晶片、單轉差分器、模擬-數字轉換器（ADC）、網卡控制晶片、SDRAM晶片、FPGA配置晶片。本發明的系統具有電路簡單、功耗低、數據傳輸方便等優點，可用於電壓、電流、溫度等參量的數據採集中。
【專利說明】一種基於現場可編程門陣列晶片和乙太網的數據採集系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及電子信息領域，特別涉及一種基於現場可編程門陣列晶片和乙太網的數據採集系統，通過乙太網RJ45接口與PC機進行通信。
【背景技術】
[0002]在工業生產和科學技術研究的各行業中，常常需要對各種數據進行採集，如液位、溫度、壓力、頻率等信息的採集。在圖像處理、瞬態信號檢測、軟體無線電等一些領域，更是要求高速度、高精度、高實時性的數據採集與處理技術。隨著數位技術的發展，一些高性能的DSP(數位訊號處理)技術、FPGA(現場可編程門陣列)技術和高速的A/D技術應用於數據採集系統中，大大提高了系統的測量精度、數據採集處理速度、數據傳輸速度等。隨著微電子技術的飛速發展，數據採集技術得到了長足的發展。基於乙太網傳輸、具有海量數據存儲深度和高速ADC所組成的數據採集系統成為當今發展趨勢。對於數據採集系統，隨著數據量的不斷加大和實時處理要求的不斷提高，提出了運用現場可編程門陣列晶片進行數據處理，以便提高系統的實時性、可靠性和數據快速存儲的能力。
【發明內容】
[0003]為了解決現有技術的問題，本發明提供了一種基於現場可編程門陣列晶片和乙太網的數據採集系統，其通過現場可編程門陣列晶片實現時序控制，通過乙太網RJ45接口與PC機進行通信，該系統具有數據採集速度快、功耗低、數據傳輸方便等優點。
[0004]本發明所採用的技術方案如下:
一種基於現場可編程門陣列晶片和乙太網的數據採集系統，包括:
現場可編程門陣列晶片，作為整個數據採集系統的核心單元，對所有的信號處理過程及存儲、轉發過程進行時序控制；
單轉差分器，用於把單端模擬信號轉換成差分信號；
模擬-數字轉換器，用於把模擬信號轉換成數位訊號；
網卡控制晶片，用於從SDRAM中讀取數據並傳送到PC機；
SDRAM晶片，作為該數據採集系統的數據緩衝區；
現場可編程門陣列配置晶片，用於存儲現場可編程門陣列晶片的程序。
[0005]模擬-數字轉換器採用單電源供電，內置一個片內高性能採樣保持放大器和基準電壓源。
[0006]現場可編程門陣列晶片與網卡控制晶片以16bit的總線方式連接，以單工模式運行。
[0007]本發明以現場可編程門陣列晶片為控制核心，包括:現場可編程門陣列晶片、單轉差分器、模擬-數字轉換器、網卡控制晶片、SDRAM晶片、現場可編程門陣列配置晶片。本發明綜合運用了 FPGA、SDRAM、乙太網傳輸等技術，系統的最高採樣率達25MSPS。
[0008]本發明提供的技術方案帶來的有益效果是: 通過現場可編程門陣列晶片實現時序控制，通過乙太網RJ45接口與PC機進行通信，該系統具有數據採集速度快、功耗低、數據傳輸方便等優點，可用於電壓、電流、溫度等參量的數據採集中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明的一種基於現場可編程門陣列晶片和乙太網的數據採集系統的系統結構圖。
【具體實施方式】
[0010]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
[0011]實施例一
本發明的一種基於現場可編程門陣列晶片和乙太網的數據採集系統由以下組成部分構成:
1.FPGA晶片:選用美國Altera公司低成本CycloneIII系列的EP3C25F256C8器件，該晶片總引腳數為256根，其中用戶I/O引腳為156根，RAM總量為78KB，邏輯單元(LE)24624個。其IO接口數量及內部資源完全可以滿足本系統的需求；
2.單轉差分器AD8138:AD8138是美國ADI公司的一款低失真微分ADC驅動器，具有獨特的內部反饋功能，提供輸出增益和相位平衡匹配，作用是把單端模擬輸入信號轉換為差分信號；
3.模擬-數字轉換器AD9225:AD9225是美國ADI公司的一款12位、25 MSPS的模數轉換器(ADC)，採用單電源供電，內置一個片內高性能採樣保持放大器和基準電壓源；它採用多級差分流水線架構，內置輸出糾錯邏輯，在25MSPS數據速率時可提供12位精度，並保證在整個工作溫度範圍內無失碼；
4.網卡控制晶片DM9000:DM9000是一款快速乙太網MAC控制器，符合IEEE802.3規範。內部具有一個10/100M自適應的PHY和4K DWORD值的SRAM，並提供了介質無關的接口，來連接所有提供支持介質無關接口功能的家用電話線網絡設備或其他收發器。該DM9000支持8位，16位和32位接口訪問內部存儲器，以支持不同的處理器；
5.SDRAM晶片:採用HYNIX公司的HY57V561620晶片，該晶片是一款CMOS同步DRAM,容量為32MB，數據總線接口為16bit，此晶片作為數據採集系統的數據緩衝；
6.FPGA配置晶片:採用Altera公司的EPCS4晶片，該晶片用來存儲FPGA的程序。
[0012]如附圖1所示，在模擬信號採集的過程中，模擬信號首先經過單轉差分器將調整後的模塊信號輸入給AD轉換器，然後經模數轉換之後將12bit的數位訊號直接輸出給FPGAjFPGA接收數據並存儲在SDRAM中，然後通過FIFO方式讀出SDRAM中存儲的數據並傳輸給網卡控制器DM9000，DM9000通過乙太網RJ45接口輸出UDP協議數據給PC機，在PC端可以對接收到的數據進行進一步處理。
[0013]AD8138完成把單端信號轉化為AD9225進行AD轉換器輸入所需要的差分形式。使用差分形式，可以有效地濾除偶次諧波分量，同時對其它共模雜散信號(如由電源和地引入的噪聲)及對晶振的反饋信號也有很好抑制作用。[0014]該數據採集系統中，FPGA與DM9000以16bit的總線方式連接，以單工模式運行。在系統上電時，由FPGA通過配置DM9000內部網絡控制寄存器(NCR)、中斷寄存器(ISR)等，完成DM9000的初始化。隨後，DM9000進入數據收發等待狀態。當處理器要向乙太網發送數據幀時，先將數據打包成UDP數據包，通過16bit總線逐字節發送到DM9000的數據發送緩存中，然後將數據長度等信息填充到DM9000的相應寄存器內，隨後發送使能命令，DM9000A將緩存的數據和數據幀信息進行MAC組幀，通過RJ45接口發送到PC機。
[0015]以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種基於現場可編程門陣列晶片和乙太網的數據採集系統，包括: 現場可編程門陣列晶片，作為整個數據採集系統的核心單元，對所有的信號處理過程及存儲、轉發過程進行時序控制； 單轉差分器，用於把單端模擬信號轉換成差分信號； 模擬-數字轉換器，用於把模擬信號轉換成數位訊號； 網卡控制晶片，用於從SDRAM中讀取數據並傳送到PC機； SDRAM晶片，作為該數據採集系統的數據緩衝區； 現場可編程門陣列配置晶片，用於存儲現場可編程門陣列晶片的程序。
2.根據權利要求1所述的一種基於現場可編程門陣列晶片和乙太網的數據採集系統，其特徵在於，所述的模擬-數字轉換器採用單電源供電，內置一個片內高性能採樣保持放大器和基準電壓源。
3.根據權利要求1所述的一種基於現場可編程門陣列晶片和乙太網的數據採集系統，其特徵在於，所述的現場可編程門陣列晶片與網卡控制晶片以16bit的總線方式連接，以單工模式運行。
【文檔編號】G05B19/042GK103744334SQ201410028916
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月22日 優先權日:2014年1月22日
【發明者】蘇振宇, 於飛, 李前 申請人:浪潮電子信息產業股份有限公司