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基于FPGA的高速数据采集系统设计

作　者: 钟观水
导　师: 张旭苹
学　校: 南京大学
专　业: 光学工程
关键词: 射频识别高速数据采集 Intel8080 可编程逻辑门阵列 SDRAM存储控制器采集数据组织方法
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

RFID作为一种非接触式自动识别技术,以其识别距离远,数据密度大,体积小和识别速度快等独有特点,已经在工业生产和生物医疗等众多领域得到了广泛应用,正逐渐在我们的生活中体现它的价值。在超高频段和微波频段的RFID系统中,高速数据采集单元作为前端回波模拟信号与后端数字信号处理模块的桥梁,显得尤为关键。本文采用FPGA作为系统数据传输与系统控制的核心,SDRAM为存储介质,设计了一套低成本、大存储深度的高速数据采集系统,以满足大存储信息标签和多标签识别的应用。论文首先综述了课题研究的背景,然后介绍了数据采集系统相关的基本理论知识,最后详细阐述了本系统的设计结构和方法,并对实现的系统电路进行了初步的性能评估。本系统配备SPI和Intel8080两种数据通讯接口,可以与各种低成本的MCU进行数据通讯。论文采用低成本的FPGA通过状态机描述的方法实现了SDRAM存储控制器；同时还针对10位ADC与16位SDRAM的数据传输过程,提出了一种高效的采集数据组织方法,可完成10位采集数据与16位SDRAM (?)勺无缝隙传输,既节省SDRAM存储空间,又避免无效数据的传输与存储,提高了效率,同时使得SDRAM可以工作在更低的时钟频率,降低了SDRAM控制器的逻辑与时序设计难度。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
第一章绪论  9-14
  §1.1 项目研究背景  9-10
  §1.2 数据采集技术发展动态  10-12
  §1.3 本论文的主要工作  12-14
第二章数据采集基础理论  14-20
  §2.1 奈奎斯特采样定理  14-15
  §2.2 带通采样定理  15-17
  §2.3 量化与编码  17
  §2.4 ADC主要动态特性参数  17-20
第三章系统结构与硬件设计  20-43
  §3.1 系统整体设计  20-22
    §3.1.1 回波信号特征及需求  20-21
    §3.1.2 系统基本框架  21-22
  §3.2 信号调理电路  22-25
  §3.3 ADC的选型与设计  25-31
    §3.3.1 ADC的主流结构类型  25-28
    §3.3.2 ADC芯片选型  28-30
    §3.3.3 ADC应用电路设计  30-31
  §3.4 数据处理与控制部分  31-33
  §3.5 数据存储部分  33-35
  §3.6 系统通讯接口  35-37
  §3.7 系统工程电路实现  37-43
    §3.7.1 信号完整性问题  38-39
    §3.7.2 系统PCB设计  39-43
第四章系统FPGA内部逻辑设计  43-64
  §4.1 FPGA设计与开发流程  43-46
  §4.2 系统FPGA内部逻辑结构  46-47
  §4.3 SDRAM控制逻辑设计  47-55
    §4.3.1 SDRAM基本操作与工作时序  47-50
    §4.3.2 SDRAM控制逻辑结构设计  50-54
    §4.3.3 SDRAM控制逻辑仿真  54-55
  §4.4 采集数据组织方式  55-61
    §4.4.1 数据组织结构  56-58
    §4.4.2 数据组织过程  58-60
    §4.4.3 数据组织模块的实现与仿真  60-61
  §4.5 系统控制状态机计  61-62
  §4.6 数字逻辑设计总结  62-64
    §4.6.1 基本原则  62-63
    §4.6.2 状态机设计要点  63-64
第五章系统调试与分析  64-72
  §5.1 电路板调试  64-66
  §5.2 RFID模拟回波信号采集  66-67
  §5.3 ADC性能测试  67-72
    §5.3.1 FFT测试方法  67-68
    §5.3.2 测试结果与分析  68-72
第六章总结与展望  72-74
参考文献  74-80
致谢  80-81

基于FPGA的高速数据采集系统设计

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