数据采集系统中现场可编程门阵列技术的应用

摘要：随着社会发展速度的逐渐加快，人们对数据采集系统速度的要求也随之提高，其中现场可编程门阵列技术在数据采集系统中的应用，可以有效对人们对系统速度要求进行满足。下面本文就对现场可编程门阵列技术在数据采集系统中的应用进行详细的分析。

关键词：数据采集系统 现场可编程门阵列技术 应用

中图分类号：TM452 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）04-0100-02

随着社会发展速度的逐渐加快，人们对数据采集系统速度的要求也随之提高，传统的数据采集系统已经不能满足现在的需求，它的缺点日益的暴露出来。传统的数据采集系统主要是通过单片机来进行工作的，利用单片机作为控制模块以及控制存储器的工作的。单片机的时钟频率相对比较低，主要是利用软件来实现数据的采集，速度相对比较慢[1]。现场可编程门阵列技术恰恰与单片机具有相反的特点，具有单片机没有的特性，主要是通过硬件来实现数据的采集，时钟频率比较高，运行的的速度也快，在数据采集系统设计中得到很好的使用[2]。

1 基于现场可编程门阵列技术采集系统的设计结构

（1）通过利用现场可编程门阵列技术作为控制模块，采用现场可编程门阵列技术加上MCU的结构，现场可编程门阵列技术在系统中起到连接MCU和集成电路的作用，MCU主要是负责数据的处理以及传输。现场可编程门阵列技术作为控制模板改变传统单片机的缺点，现在由现场可编程门阵列技术来实现数据的硬件采集[3]。首先主要是由单片机把带有任务的采集表扫描到现场可编程门阵列技术的内部任务区，在RAM里面主要设置好采集所需要的相关寄存器，最后再实现现场可编程门阵列技术的工作。由现场可编程门阵列技术通过一系列的时钟运算以及逻辑运算，再按照用户的需求从而完成RAM里面的带有任务的采集表，完成任务的采集表然后保存到数据的缓存区FIFO中，一旦达到FIFO中的余度值后，再有单片机进行余下的工作。（2）在这个系统的结构中，通过运行现场可编程门阵列技术在很大程度上减轻了单片机的运行时间，从而提高了数据的采集效率，也是数据提高了可靠性以及时效性。

2 现场可编程门阵列技术的应用方案和工作原理

（1）设计采集参数转换。对采集参数的转化以及任务调度的设计主要是建立所需要的硬件电路，一直等采集数据的到来就立即启动AD，从而进行数据采集工作。如下图1所示：

在这个采集参数的设计中，对于快任务（FastTask）在采集时，扫描时针开始工作主要取决于单片机对数据的采集，当单片机开始启动对数据的采集时，扫描时钟才开始运动，这时，扫描周期计时器以及采样周期计时器也相继开始工作[4]。此时，AD采集这一次的快任务（FastTask），一旦FastTask当前的寄存器得到更新，就立即进行采集参数的转换。将转换完的的数据采集到AD芯片之前的采集模拟电路中，等待下次的采集时间。

快慢任务的任务选择控制图如下图2所示：

（2）数据的采集和存储。在数据的采样和存储中，由于ADs8325芯片的工作特点，采集来的数据需要经过串联或者并联后转换成十六位的并行数据。在内部缓存区（FIFO）控制下存储到FIFO中。如下图3所示：

4 现场可编程门阵列技术的模块设计

4.1 设计控制模块

控制模块主要是由两部分组成的，一个是control interface模块，另一个是control enable模块，主要的任务是负责图像的采集显示接口的同时使用，当完成解码芯片以后，从CONFIGURACION OK键能够输入使能信号，启动这个模块，然后在通过href以及odd信号来启动图像模块和显示接口的模块，只有当href=1时就表示通过UPO传输像索数据，当odd=0时表示的是偶数场，当odd=1时表示的是奇数场。

4.2 设计Inter-Integrated Circuit总线配配置模块

Inter-Integrated Circuit总线配配置模块主要是通过利用I2C总线的协议对视频解码器进行配置的，时钟率主要为20KH2。利用这个模块能够完成对视频解码器的配置，配置模块如下图5所示：

在这个配置模块中，inicio conf表示的是启动对视频解码器进行配置，高电平是有效的；CONFIGURACION OK表示的是视频解码芯片配置好，完成以后能够输出一个控制信号给控制模块，实现数据的采集；SDA和SCL主要表示的是为视频解码器相应的信号。

4.3 双口RAM的设计模块

（1）主要功能。主要是通过单片机首先将采集任务下载到现场可编程门阵列技术的内部不缓存区中，然后当现场可编程门阵列技术工作时，就会按照RAM中的数据进行采集[5]。它主要的信号有WCLK，读写使能（WE=1写或者WE=0禁写，以及WADDR和RADDR等等。

（2）双口RAM的设计模块的仿真。主要是通过调用Max+PlusI软件中的LPM模块，选择符合设计要求的RAM来进行修改，最后进行仿真，如图5所示。

4.4 设计视频解码器的图像采集接口模块

图像采集模块主要是用于图像的采集并且将模拟的视频信号转换成位数字视频信号。这个模块与视频解码器的VPO数据总线以及RTS1、RTS0相连，RTS1、RTS0分别表示的是场同步信号以及行同步信号，在这两种信号同时有效的时候，输出的数据才是有效的图像数据，反之，就是消隐信号。视频信号有效主要可以分为两种场，一种是偶数场，一种是奇数场，有效数据总共有576行，在这有效数据中，偶数场的有效数据有336-623行，奇数场的有效数据位23-310行，剩下的数据就是垂直控制信号。标准ITUYDU的格式如下表1所示：

表1 标准ITUYDU的格式

4.5 设计格式转换模块

5 结语

综上所述，通过利用现场可编程门阵列技术在数据采集系统中的应用，能够使数据的运行速度加快，增加了系统的灵活性，从而提高了数据的采集效率以及增加了数据的可靠性。因此，利用现场可编程门阵列技术进行的数据采集系统是一种比较高效的数据采集方案。

参考文献

[1]杨书杰，郭宗莲.基于FPGA的高速数据采集系统研制[J].电力自动化设备，2008，28（6）：46-49.

[2]张，姜敏，赵磊.基于FPGA的动态轨道衡数据采集系统[J].同济大学学报（自然科学版），2010，38（10）：40—43.

[3]安荣，任勇峰，李圣昆，基于FPGA和USB2.0的数据采集系统[J].仪表技术与传感器，2009，3（1）：68-71.

[4]李朋勃，张洪平.基于USB2.0的高速数据采集系统[J].电子技术应用，2009，35（10）：21—23.

[5]连蓬勃，王学武，薛涛.基于FPGA和USB2.0的X射线数据采集系统硬件实现[J].制造业自动化，2012，34（17）：145-147.