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有着频率高,内部延时小,内部存储容量大等优点,比单片机更适应与高速数据采集的场合。fpga(field-programmable gate array),即现场可编程门阵列,它是在pal、gal、cpld等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(asic)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。因此,本文介绍了一种基于fpga来实现高速数据采集的方法,a/d转换器使用ad公司的ad9481,fpga使用altera公司的ep2c5q208,存储器使用hynix公司的hy57v641620。系统框图如图1所示。 fpga采用了逻辑单元阵列lca(logic cell array)这样一个概念,内部包括可配置逻辑模块clb(configurable logic block)、输出输入模块iob(input output block)和内部连线(interconnect)三个部分。 现场可编程门阵列(fpga)是可编程器件。与传统逻辑电路和门阵列(如pal,gal及cpld器件)相比,fpga具有不同的结构,fpga利用小型查找
移位寄存器的内容。这样,通过设置s_data信号的值(即t2…t0,n1,n0,m8…m0的数值)以及三信号线的时序,便可控制sy89429azc时钟芯片输出精确的采样时钟。 2.2 fpga逻辑控制 逻辑控制模块要实现的主要功能是解析上位机控制信息并发送控制命令,同时要程控采样时钟频率,还要对采集数据流进行处理和传输。其中数据流逻辑控制模块中的功能组成直接关系到高速采集信号能否实时可靠的传输。图3所示为数据流的逻辑控制结构框图。 本设计选用cyclone ii系列芯片ep2c5q208。此芯片为208脚pqfp封装,用户可用i/o资源高达158个,差分通道数为58个,其内部逻辑资源、m4k存储资源、内部pll数量完全能够满足本系统设计的需要。 由于ad转换芯片ad94301的采样精度为12位,而pex8311接口芯片可支持8位、16位、32位数据位。因此,为了更加有效的提高数据传输的效率,同时也为了使数据采集速率获得相对提升,设计中的pex8311采用32位数据位模式进行数据传输。这样,在本方案的fpga数据流逻辑控制中,不仅要进行数据的缓存以及数据传输逻辑的控制,还要
线与外设进行连接。avalon接口规范定义了主端口和从端口所需的信号和时序。它能以最少的逻辑资源来实现数据总线复用、地址译码、等待周期产生、地址对齐、中断优先级产生及仲裁等操作。用户可以根据主从端口的规范在sopc builder中创建各种自定义组件,并挂到avalon总线上。niosii处理器支持多达256条用户定制指令,极大地提高了软件的执行效率。这些优势使得niosii系统成为可裁剪、可调整、可扩展的系统,更使其成为软硬件紧密融合的系统。 系统中选用cycloneii系列的fpga ep2c5q208,并且扩展了64 mb sdram hy57v641620和16 mb flashamd29lv160来构建niosii系统。ep2c5系列fpga内部拥有4 608个le和119 808位的ram,并提供2个pll和158个用户引脚,完全能够满足本系统设计的需求。系统选用主动串行配置芯片epcsl,该非易失性芯片具有1 mb的内部容量,远大于ep2c5q208所支持的最大配置文件的大小。当系统上电时,epcs就可将配置数据重载到fpga的配置ram中。 4.2 二次细分辨向组件设计
ttl0,dout为收到的arinc429数据0x75555555,以并行32位数据格式存入寄存器中,rec_done为接收完一个429数据发出的中断信号。由时序仿真结果可以看出,fpga可以正确实现arinc429数据的发送和接收。 在后期板级调试中,将自制板卡与现在市场上出售的429总线接口卡进行对接通信的方法来验证,证明了本设计的fpga协议处理和驱动电路工作无误,可以正确进行429数据的收发,完成429总线的数据通讯。 结束语 本设计采用了altera公司的fpga芯片ep2c5q208和cypress公司的usb协议处理芯片cy7c68013以及外围的调制解调电路,实现了4路收发的429总线数据传输接口,并完成了与上位计算机的通信。该系统大部分功能都是在同一fpga芯片内部实现的,发挥了fpga的优势,提高了系统的稳定性、集成度,并增强了抗干扰能力。利用fpga的可重配置性,可以实现更多路arinc429信号的接收与发送,可以大大降低重量、体积及成本,这在机载航空总线数据处理中具有较大的实用价值。 参考文献:[1]. hs-3282 datasheet http://www
数据0x75555555,以并行32位数据格式存入寄存器中,rec_done为接收完一个429数据发出的中断信号。由时序仿真结果可以看出,fpga可以正确实现arinc429数据的发送和接收。 在后期板级调试中,将自制板卡与现在市场上出售的429总线接口卡进行对接通信的方法来验证,证明了本设计的fpga协议处理和驱动电路工作无误,可以正确进行429数据的收发,完成429总线的数据通讯。 结束语 本设计采用了altera公司的fpga芯片ep2c5q208和cypress公司的usb协议处理芯片cy7c68013以及外围的调制解调电路,实现了4路收发的429总线数据传输接口,并完成了与上位计算机的通信。该系统大部分功能都是在同一fpga芯片内部实现的,发挥了fpga的优势,提高了系统的稳定性、集成度,并增强了抗干扰能力。利用fpga的可重配置性,可以实现更多路arinc429信号的接收与发送,可以大大降低重量、体积及成本,这在机载航空总线数据处理中具有较大的实用价值。 来源:ks99