CN201698207U - 基于fpga的模拟量采集模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于FPGA的模拟量采集模块,包括模拟量采集单元、VME总线接口单元以及FPGA处理单元。模拟量采集单元用以采集模拟信号并转换为数字信号后输出。VME总线接口单元通过VME总线连接VME主机。FPGA处理单元连接该模拟量采集单元与该VME总线接口单元,该FPGA处理单元接收该模拟量采集单元输入的数字信号,对该数字信号进行误差修正后经该VME总线接口单元输出给该VME主机。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种采集电路,尤其是涉及一种基于FPGA的模拟量采集模块。
背景技术
在电路设计及应用中,经常需要采集模拟信号。随着芯片及电路的速度越来越快,对模拟信号采集的要求也逐渐提高。例如,要求采集的高速度、高精度、和高可靠性。此外,要求采集模块的平台具有灵活性和易用性。目前的模拟量采集模块通常用单片机和模拟/数字(A/D)转换器来构建,但是其控制速度慢,并且编程不方便。
实用新型内容
有鉴于此,本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于FPGA的模拟量采集模块。
本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是一种基于FPGA的模拟量采集模块,包括模拟量采集单元、VME总线接口单元以及FPGA处理单元。模拟量采集单元用以采集模拟信号并转换为数字信号后输出。VME总线接口单元通过VME总线连接VME主机。FPGA处理单元连接该模拟量采集单元与该VME总线接口单元,该FPGA处理单元接收该模拟量采集单元输入的数字信号,对该数字信号进行误差修正后经该VME总线接口单元输出给该VME主机。
在本实用新型的一实施例中,模拟量采集单元为AD7949芯片。
在本实用新型的一实施例中,上述采集模块还包括数字信号隔离单元,连接在该FPGA处理单元与该模拟量采集单元之间。
在本实用新型的一实施例中,上述采集模块还包括电平转换单元,连接在该FPGA处理单元与该VME总线接口单元之间。
在本实用新型的一实施例中,上述采集模块还包括闪存,连接该FPGA处理单元。
本实用新型由于采用以上技术方案,使之与现有技术相比,在基于FPGA的高精度模拟量采集模块的设计中,采用灵活的FPGA芯片,开发方便、控制灵活,使系统智能化大大提高。此外,结合模块化设计思想,采取隔离抗干扰措施,使系统更加稳定可靠,模块体积小,采样精度极高,功耗低,具有广阔的应用前景。
附图说明
为让本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂,以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明,其中:
图1示出本实用新型一实施例的采集模块整体框图。
图2示出本实用新型一实施例的VME总线接口单元框图。
图3示出本实用新型一实施例的模拟量采集单元原理框图。
图4示出本实用新型一实施例的采集模块工作流程图。
具体实施方式
概括地说,本实用新型提出一种精度高、可靠性高的多通道电流或电压的采集模块,该采集模块基于FPGA芯片控制,并通过VME总线通讯方式与上位机通讯。为此,本实用新型的采集模块首先包含一个基于FPGA的高精度多路电流或电压采集单元。这一采集单元将采集的电流转换成电压,经过调理电路处理后,由模/数转换器将模拟量转换成数字量。采集单元内部集成A/D采样控制器、FIFO RAM(先进先出随机存储器)、以及串行通信口。测量结果可以直接通过串行总线与FPGA芯片通信并进行处理。采集单元较佳地能够对多路模拟电压信号进行分时转换,因此可对多路模拟信号进行采集。
并且,本实用新型的采集模块包含一FPGA主处理芯片。FPGA主处理芯片可以高精度采集电压(如0-10伏的电压)或电流(如4-20毫安的电压)。在一个实施例中,FPGA主处理芯片可配置为在主处理程序中进行8、16、32、或64位的线性修正,使采样结果达到最佳的采样状态,采样精度达到千分之
此外,本实用新型的采集模块还包含一个VME总线接口单元,以实现FPGA主处理芯片与VME上位机之间的通讯。
下面参照附图来描述本实用新型的具体实现的例子。
图1示出本实用新型一实施例的采集模块整体框图。参照图1所示,本实施例的采集模块包括VME总线接口单元10、FPGA处理单元20、以及模拟量采集单元30,FPGA处理单元20连接模拟量采集单元30和VME总线接口单元10。模拟量采集单元30用以采集模拟信号,例如电流信号,并转换为数字信号后输出给FPGA处理单元20。FPGA处理单元20接收模拟量采集单元30输入的数字信号,对该数字信号进行误差修正后,经VME总线接口单元10输出。VME总线接口单元10通过VME总线连接VME主机(图未示)。由此,模拟量采集单元30采集的数据经FPGA处理单元20处理后,最终经VME总线传输给VME主机显示。
图2示出本实用新型一实施例的VME总线接口单元框图。参照图2所示,在本实施例中,FPGA处理单元20采用的是型号为XC3S250E的FPGA芯片,它将读入的数字量放在内存中进行参数配置,以及误差修正。另外,本实施例还包括一闪存,例如XCF04芯片22,其储存FPGA芯片运行所需的程序,且通过串行总线连接FPGA芯片。
VME总线接口单元10为FPGA处理单元20与VME总线之间的接口。并且,FPGA处理单元20与VME总线接口单元10之间设有电平转换单元,例如TXB108光藕12,以便将3.3V信号与5V信号进行转换。FPGA芯片输出的数据经过TXB108光藕12电气隔离后通过VME总线发送给上位机显示。
图3示出本实用新型一实施例的模拟量采集单元原理框图。参照图3所示,在本实施例中,模拟量采集单元使用一AD7949芯片,它是一款8通道、14位、电荷再分配、逐次逼近型(SAR)的芯片。AD7949芯片内置模数转换器(ADC),并且采用单电源(VDD)供电。AD7949芯片是使用简单的SPI接口实现配置寄存器的写入和转换结果的发送,功耗与吞吐量成正比。SPI接口使用单独的电源(VIO),其被设定为主逻辑电平,吞吐量高达250kSPS。由于AD7949芯片对8通道的模拟量采取分时转换的方式,因此在启动转换的同时还要进行通道选择。在本实施例中,在FPGA芯片与AD7949芯片之间还设有数字信号隔离单元,例如ISO7241光藕32。将一通道的模拟量进行A/D转换后,经过ISO7241光藕32的电气隔离送入FPGA芯片中。
图4示出本实用新型一实施例的采集模块工作流程图。参照图4所示,流程开始时,根据程序,SPI闪存先进行初始化(步骤S12)。FPGA芯片上电后,进行内部缓存初始化(步骤S14),将外部SPI闪存的程序导入到FPGA的BRAM中(步骤S16),进行各引脚的配置。然后程序进入数据采集子程序,将外部8个通道的电压信号,依次采集到AD7949芯片的缓存中(步骤S18)。FPGA芯片将这些数据读入到自己的缓存,根据预先设定的理论值相比较,判断采样是否准确,是否需要修正(步骤S20)。如果误差偏离允许范围,由FPGA芯片外部的拨码开关,判断FPGA芯片是8或64位的数据修正,并相应进行8至64位修正(步骤S22),将修正后的数据放入指定的缓存中(步骤S24),在采样结束(步骤S26)后,退出采集程序。如果误差未偏离允许范围,则将采样数据直接放入指定寄存器(步骤S28),采样结束。
FPGA芯片通过VME总线与上位机通讯,修正后的数据发送到上位机进行显示。
在本实用新型的实施例中,模拟量采用AD7949芯片实现对A/D转换器的采样,且充分利用了FPGA芯片的高速度和高可靠性,从而解决了传统中用单片机控制时速度慢的问题。FPGA具有灵活的编程方式,简单方便的编程环境,易学易用,大大提高工作效率,缩短研制周期。本设计可用于高速应用领域和实时监控方面。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上,然其并非用以限定本实用新型,任何本领域技术人员,在不脱离本实用新型的精神和范围内,当可作些许的修改和完善,因此本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (5)
1.一种基于FPGA的模拟量采集模块,其特征在于包括:
模拟量采集单元,用以采集模拟信号并转换为数字信号后输出;
VME总线接口单元,通过VME总线连接VME主机;
FPGA处理单元,连接该模拟量采集单元与该VME总线接口单元,该FPGA处理单元接收该模拟量采集单元输入的数字信号,对该数字信号进行误差修正后经该VME总线接口单元输出给该VME主机。
2.如权利要求1所述的基于FPGA的模拟量采集模块,其特征在于,所述模拟量采集单元为AD7949芯片。
3.如权利要求1所述的基于FPGA的模拟量采集模块,其特征在于,还包括数字信号隔离单元,连接在该FPGA处理单元与该模拟量采集单元之间。
4.如权利要求1所述的基于FPGA的模拟量采集模块,其特征在于,还包括电平转换单元,连接在该FPGA处理单元与该VME总线接口单元之间。
5.如权利要求1所述的基于FPGA的模拟量采集模块,其特征在于,还包括闪存,连接该FPGA处理单元。
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