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論NIOS-II系統中A/D數據采集接口的設計與實現

作者：時間：2012-02-24 來源：網絡

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　　在FPGA系統中，實現對外部A/D數據采集電路的控制接口邏輯，由于其邏輯功能不是很復雜，因此可采用自定義的方式。采用這種方法進行設計有兩種途徑。①從軟件上去實現。這種方案將NIOS處理器作為一個主控制器，通過編寫程序來控制數據轉換電路。由于NIOS處理器的工作頻率相對于外部設備來說要高出許多，故此種方法會造成CPU資源極大的浪費；②用FPGA 的邏輯資源來實現A/D采集電路的控制邏輯。FPGA有著豐富的邏輯資源和接口資源，在其中實現并行的數據采集很少會受到硬件資源的限制，在功能上，設計的接口控制邏輯相當于一個主控制器，它是針對具體的外部電路而實現的，容易滿足要求、又能節約資源，提高系統性能。因此，采用硬件邏輯去實現控制將是一種較好的方式。

　　設計方案

　　通過對系統需求進行仔細分析，此模塊的功能設計可分為數據采集控制邏輯、數據接口、數據處理邏輯三部分，其整體功能框架圖如圖1。

模塊功能框圖

圖1 模塊功能框圖

　　說明：AVALON總線主要是用于連接片內處理器與外設，以構成可編程單芯片系統。

　　功能描述

數據采集控制邏輯：產生A/D轉換需要的控制信號。
數據接口：提供一個外部A/D采集的數據流向AVALON總線的數據通道，主要是完成速度匹配，接口時序轉換。
數據處理單元：此部分主要是提供一些附加功能，如檢測外部信號或內部其它單元的工作狀態，進行簡單信息處理。

　　設計分析

　　數據采集控制邏輯

　　在此以典型的模數轉換芯片ADC0804為例，進行電路設計，ADC0804的數據寬度為8位，數據轉換時間最快為100ms，轉換時鐘信號可以由內部施密特電路和外接RC電路構成的震蕩器產生，也可以直接由外部輸入，其頻率范圍：100KHz~1460KHz。在本設計中ADC0804的時鐘為最大輸入頻率，控制信號時序如圖2。

ADC0804控制信號時序圖

圖2 ADC0804控制信號時序圖

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關鍵詞： NIOS-II系統 AD 數據采集接口

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