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基于FPGA的高速数据采集与存储系统设计
作 者: 秦建军
导 师: 王大成
学 校: 哈尔滨工程大学
专 业: 电子与通信工程
关键词: FPGA NiosII 双CF卡 FAT32文件系统
分类号: TP274.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要
随着科技和信息技术的发展,数据采集与存储系统在各行各业取得了广泛的应用。然而随着人们需要采集和处理越来越多的数据,对于数据采集与存储系统的各项性能如采样频率、数据处理和存储速度等提出更高的要求,因此如何实时、高速、连续地采集和存储数据是一个关键的问题。半导体制造工艺的提高带动FPGA技术的快速发展,给数据采集与存储系统性能提升提供新的解决方案。本文正是基于上述要求,设计了一套通用型的高速数据采集与存储系统。提出以FPGA为控制核心,以双CF卡作为存储介质,以USB接口作为数据输出接口,完成对高频模拟信号的数据采集、保存和传输功能。在FPGA内部建立以Nios II软核为核心的片上控制系统,既增强了设计的灵活性又保留了FPGA并行处理的优势;利用双CF卡做为存储介质来实现对数据的连续采集和高速存储,通过移植广泛使用的FAT32文件系统,解决CF卡内数据的高效管理问题;采用USB2.0接口将CF卡中的数据上传给计算机做进一步处理或归档。最后对本系统的各项性能进行全面的测试和分析,并对存在的问题提出改进的措施和建议。
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全文目录
摘要 5-6 ABSTRACT 6-9 第1章 绪论 9-13 1.1 论文的目的和意义 9 1.2 数据采集与存储系统介绍 9-10 1.3 数据采集与存储系统现状与发展趋势 10-11 1.4 论文研究内容与章节分配 11-13 1.4.1 系统的技术指标 11 1.4.2 系统的总体结构 11-12 1.4.3 论文章节安排 12-13 第2章 硬件电路设计 13-26 2.1 电源电路 13-15 2.2 高速 A/D 转换电路 15-17 2.2.1 ADC 选型 15-16 2.2.2 ADC 接口电路 16-17 2.3 数字控制电路 17-20 2.3.1 常用微控制芯片对比 17-18 2.3.2 FPGA 芯片选型 18-19 2.3.3 FPGA 控制电路 19-20 2.4 数据存储电路 20-23 2.4.1 存储卡选型 21-22 2.4.2 双 CF 卡存储电路 22-23 2.5 USB 接口电路 23-25 2.5.1 读卡器芯片选型 23-24 2.5.2 读卡控制电路 24-25 2.6 本章小结 25-26 第3章 系统软件设计 26-43 3.1 系统整体工作流程 26-27 3.2 软件开发平台 27-31 3.2.1 Quartus II 工程设计 27-28 3.2.2 SOPC 系统创建 28-30 3.2.3 Nios II 软件开发 30-31 3.3 数据缓冲模块 31-32 3.4 数据存储模块设计 32-42 3.4.1 FAT 文件系统简介 32-35 3.4.2 PIO 模式软件实现 35-38 3.4.3 FAT32 文件系统的实现 38-42 3.5 本章小结 42-43 第4章 系统性能测试与分析 43-54 4.1 A/D 性能&数据缓冲模块测试 43-46 4.2 数据存储模块测试 46-50 4.3 系统运行结果与分析 50-52 4.4 系统方案改进 52-53 4.5 本章小结 53-54 结论 54-55 参考文献 55-58 致谢 58-59 附录 59
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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