基于FPGA的數據采集控制模塊設計

0 引 言
數據采集和控制系統是對生產過程或科學實驗中各種物理量進行實時采集、測試和反饋控制的閉環控制，它在工業控制、軍事電子設備、醫學監護等許多領域發揮著重要作用。其中，數據采集部分尤為重要，而傳統的數據采集系統，通常采用單片機或DSP作為控制器，用以控制ADC、存儲器和其他外圍電路的工作，使得采集速度和效率降低。近年來，微電子技術，如：大規模集成電路和超大規模集成電路技術的發展，為數據采集系統的發展提供了良好的物質基礎。從而使器件向模塊化和單片化發展，使所用軟件均向實時高級語言和軟件模塊化發展，接口向標準化發展。由于FPGA時鐘頻率高，內部延時小，全部控制邏輯均由硬件完成，速度快，效率高，同時它有非常強大的硬件描述語言和仿真工具，方便檢驗結果的正確性。基于以上考慮，在設計中采用FPGA作為控制處理器。而VGA接口的設計，更突出了該模塊的兼容性，更易于采集數據的直觀表現。

1 系統總體設計方案
完整的數據采集過程通常由數據的通道選擇、采樣、存儲、顯示構成，有時也要對數據進行適當的處理。其中，控制模塊起到了核心作用，他作為控制信號產生和處理的中樞對這些外圍電路進行著實時的監控和管理。設計過程中采用FPGA作為控制器，完成對A／D轉換器的控制，并將采集到的數據存儲到一定的存儲單元．通過VGA接口協議，最后在顯示器上顯示。具體涉及的外圍電路中，數據采集部分主要應用ADC0809作為數據采集芯片，對輸入的模擬量進行A／D轉換；數據緩存部分應用6116作為存儲芯片，用來緩存0809采集的數據；按鍵控制部分利用8個按鍵來控制0809的轉換通道選擇；圖形顯示部分輸出標準的VGA信號，使用CRT顯示器，以顯示實時波形。由于在設計中對外部器件進行控制的控制器都是由FPGA完成的，FP-GA的工作量很大，因此所采用的FPGA芯片為FLEX系列中30萬門的EPF10K30。

2 基于FPGA的主控模塊的實現
主控制器的工作原理如圖1所示。