發(fā)布時(shí)間：2017-03-22 03:00

  本文關(guān)鍵詞：基于FPGA和USB3.0的超高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是信息系統(tǒng)中不可缺少重要組成部分,也是數(shù)字信號(hào)處理與分析的基礎(chǔ),已被廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、通信、物聯(lián)網(wǎng)和遙測(cè)遙感等領(lǐng)域。為了能夠滿足雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求,本文提出了由高速ADC芯片、高性能FPGA和USB3.0接口組成的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案和實(shí)現(xiàn)方法。將FPGA作為系統(tǒng)的核心控制器,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、緩存以及外設(shè)的驅(qū)動(dòng);脫離了CPU指令控制,數(shù)據(jù)的采集傳輸采用全硬件的操作方式,使系統(tǒng)更加高速,USB3.0作為數(shù)據(jù)傳輸接口,保證了數(shù)據(jù)的高速穩(wěn)定傳輸。論文首先分析了現(xiàn)階段國內(nèi)外高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的架構(gòu)和接口,針對(duì)其硬件結(jié)構(gòu)冗余和接口靈活性較差的缺點(diǎn),提出了研究FPGA和USB3.0超高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的必要性和重大意義;隨后詳細(xì)介紹了超高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中ADC、FPGA、DDR2和USBS3.0接口硬件設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),討論了高速電路設(shè)計(jì)中要考慮的布局布線、電磁兼容性、信號(hào)完整性要求;在FPGA邏輯設(shè)計(jì)中總體概述系統(tǒng)架構(gòu),并詳述了流水線式數(shù)據(jù)處理方式、DDR2緩存機(jī)制和Cypress公司的FX3芯片的驅(qū)動(dòng)方式;然后介紹了FX3芯片固件程序、驅(qū)動(dòng)程序和上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)。最后在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下,對(duì)各通道、多模式條件下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析,試驗(yàn)結(jié)果表明,該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各通道無串?dāng)_現(xiàn)象,大數(shù)據(jù)量定點(diǎn)傳輸和連續(xù)傳輸時(shí),無數(shù)據(jù)的誤碼和丟失,數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)255.28 MByte/s。超高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用高速ADC+FPGA+USB3.0方案,保證了系統(tǒng)的高速性和接口的靈活性。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)據(jù)采集 便攜 超高速 流水線 FPGA和USB3.0
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP274.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• abstract5-11
• 1 引言11-17
• 1.1 課題研究的背景和意義11-13
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀13
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 存在的問題14
• 1.3 本文的主要工作和組織結(jié)構(gòu)14-17
• 1.3.1 本文的主要工作14-16
• 1.3.2 本論文的組織結(jié)構(gòu)16-17
• 2 系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)及總體設(shè)計(jì)方案17-29
• 2.1 信號(hào)采樣相關(guān)理論及ADC技術(shù)介紹17-19
• 2.1.1 信號(hào)采樣理論17-18
• 2.1.2 ADC采樣原理18-19
• 2.2 FPGA技術(shù)介紹19-22
• 2.2.1 FPGA簡介19-20
• 2.2.2 FPGA的原理20-21
• 2.2.3 FPGA的片上資源21
• 2.2.4 SignalTap II邏輯分析儀21-22
• 2.3 DDR2技術(shù)介紹22-24
• 2.3.1 DDR2 SDRAM工作原理22-23
• 2.3.2 DDR2 SDRAM特性23-24
• 2.4 USB3.0 總線技術(shù)24-26
• 2.4.1 USB協(xié)議介紹24
• 2.4.2 USB3.0 與USB2.0 比較24-26
• 2.5 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案26-28
• 2.5.1 系統(tǒng)功能描述26
• 2.5.2 系統(tǒng)的組成26-27
• 2.5.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理27-28
• 2.6 本章小結(jié)28-29
• 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)29-51
• 3.1 硬件總體設(shè)計(jì)29-30
• 3.2 信號(hào)預(yù)處理電路設(shè)計(jì)30-31
• 3.3 FPGA模塊設(shè)計(jì)31-34
• 3.3.1 FPGA器件選型31
• 3.3.2 FPGA配置電路31-33
• 3.3.3 FPGA時(shí)鐘設(shè)計(jì)33-34
• 3.3.4 FPGA PCB設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)34
• 3.4 USB3.0 接口設(shè)計(jì)34-44
• 3.4.1 USB3.0 協(xié)議芯片選型35-36
• 3.4.2 CYUSB3014芯片介紹36-38
• 3.4.3 CYUSB3014與FPGA接口設(shè)計(jì)38-40
• 3.4.4 EZ-USB FX3工作過程40-41
• 3.4.5 CYUSB3014的時(shí)鐘設(shè)計(jì)41
• 3.4.6 CYUSB3014的配置電路41-43
• 3.4.7 USB3.0 硬件設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)43-44
• 3.5 DDR2存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)44-48
• 3.5.1 DDR2與FPGA接口設(shè)計(jì)44-47
• 3.5.2 DDR2硬件設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)47-48
• 3.6 串口模塊設(shè)計(jì)48-49
• 3.7 硬件系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)49-50
• 3.8 本章小結(jié)50-51
• 4 FPGA邏輯設(shè)計(jì)51-63
• 4.1 系統(tǒng)邏輯總體設(shè)計(jì)51-52
• 4.2 系統(tǒng)復(fù)位52-53
• 4.3 命令解析模塊53
• 4.4 數(shù)據(jù)打包模塊53-54
• 4.5 數(shù)據(jù)流緩存模塊54-58
• 4.5.1 跨時(shí)鐘域數(shù)據(jù)緩存54-55
• 4.5.2 高速大容量緩存55-58
• 4.6 USB3.0 接口設(shè)計(jì)模塊58-62
• 4.6.1 同步從FIFO讀時(shí)序58-59
• 4.6.2 同步從FIFO寫時(shí)序59-60
• 4.6.3 FPGA驅(qū)動(dòng)邏輯60-62
• 4.7 本章小結(jié)62-63
• 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)63-71
• 5.1 CYUSB3014固件設(shè)計(jì)63-66
• 5.1.1 固件開發(fā)流程63-64
• 5.1.2 FX3 固件工作原理64-65
• 5.1.3 固件開發(fā)流程65-66
• 5.2 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)66-67
• 5.3 上位機(jī)LabVIEW軟件設(shè)計(jì)67-70
• 5.3.1 上位機(jī)與采集卡通信結(jié)構(gòu)68
• 5.3.2 上位機(jī)應(yīng)用程序68-70
• 5.4 本章小結(jié)70-71
• 6 系統(tǒng)調(diào)試和分析71-75
• 6.1 系統(tǒng)調(diào)試準(zhǔn)備工作71-72
• 6.2 系統(tǒng)調(diào)試及數(shù)據(jù)分析72-74
• 6.2.1 數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試72-73
• 6.2.2 系統(tǒng)速度測(cè)試73-74
• 6.3 本章小結(jié)74-75
• 7 總結(jié)和展望75-77
• 7.1 總結(jié)75-76
• 7.2 展望76-77
• 參考文獻(xiàn)77-80
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果80-81
• 致謝81-82

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：基于FPGA和USB3.0的超高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：260729