原创《基于FPGA模数混合采集系统优化设计》：本文是一篇关于优化设计论文范文，可作为相关选题参考,和写作参考文献。
摘 要： 针对弹上环境采集空间环境模拟量和图像数字量的需求,设计一种以FPGA为核心的模/数混合采集系统.该系统对模拟量采集的运放不稳定性进行分析和优化,提高运放补偿电路的稳定性.在FPGA内通过模/数混合编帧,提高数据存储效率.同时针对图像信号压缩数据的速率变化导致数据的产生速率和传输速率不匹配问题,提出动态平衡编帧的方法解决了速率匹配问题.经实际飞行测试,该采集系统数据输出可靠,可满足系统的各项性能指标.
关键词： 数据采集； 运放补偿； 均匀采样； 模/数混合编帧； FPGA； 动态平衡编帧
中图分类号： TN79+2?34； TP274 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）06?0117?04
Abstract： In allusion to the acquisition requirement of space environment analog quantity and image digital quantity on the missile environment, a analog?digital hybrid acquisition system based on FPGA is designed. In the system, the operational amplifier instability of analog quantity acquisition is analyzed and optimized to increase operational amplifier compensation circuits and improve stability. In FPGA, analog?digital hybrid framing is adopted to improve data storage efficiency. Meanwhile, in allusion to the mismatching problem of data generation speed and transmission speed caused by speed variation of packed image signal data, the dynamic balanced framing method is proposed to solve the speed matching problem. The actual flight test demonstrates that the acquisition system has reliable data output, and can meet various system performance indexes.
Keywords： data acquisition； operational amplifier compensation； uniform sampling； analog?digital hybrid framing；
FPGA； dynamic balanced framing
随着近现代新型武器装备和航天设备的研发,飞行器不仅要采集飞行过程中的空间环境参数,还需将更加直观的图像数据进行回传,这对采集系统提出了新的要求[1].为满足数据采集存储可靠指标,本文设计以FPGA为核心的采集系统,对采集的模拟信号进行调理优化,图像数字量信号采用动态平衡编帧技术,解决了压缩速率和传输速率匹配问题,将多路模拟信号和数字信号进行混合编帧存储.数据还可通过USB串口传至上位机进行监测,提高了数据的可靠性.
1 系统总体设计
本采集系统主要由以下四部分组成：A/D信号调理模块、ADC转换模块、数字量采集模块、FPGA模/数信号混合编帧模块.A/D信号调理模块负责采集模拟信号,进行滤波调理分压后送至ADC转换模块；ADC转换模块将模拟信号转化为数字量输出至FPGA[2]；数字量采集模块为两路图像数据,通过两路RS 422链路将数据送至FGPA后和模拟信号进行打包并存储.由于不同的模拟量的采样率不同,因此需要对各路信号进行混合编帧后实现平均采样达到数据同步传输.系统设计如图1所示.
2 硬件电路优化设计
为了减弱原始信号中积累的干扰和噪声信号,提高输入信号抗干扰能力,需要对模拟量信号进行滤波调理[3].再经过分压跟随后使信号满足后级模/数转换器ADC的输入指标要求,以此来提高信号采集精度和灵敏度.
在运放使用时,一般会增加一个负反馈电路起到稳定运放的增益、增加频带、提高保真度的作用,如图2所示,但是负反馈电路的引入会使得运放电路不稳定[4].此外,由于模拟开关 ADG706引脚间存在200 pF的分布电容[5],运放在驱动容性负载会在反馈回路上产生额外延迟,导致环路相移滞后.当相移滞后大于135°时,就会导致发生频响尖峰甚至振荡[6].
图3为某电路中运放输出不稳定,导致的振荡现象.通过在传输线上串联电阻Rx来对运放进行环路补偿,即可将运放和容性负载电路隔离,从而对信号的振铃或震荡起到抑制作用[7],但这种方法仅适用于容性负载小于1 500 pF的电路,经实验测试,串联电阻Rx一般取值为5～100 Ω.优化后的阶跃响应见图4.
3 数据编帧逻辑和实现
3.1 不同类型数据混合编帧
本数据采集系统主要采集15路采样率不同的模拟量、两路开关量和两路图像数据并进行存储.传统方法是将各种不同类型的数据进行分区间存储,回收时再从对应的存储块区间进行回读[8].这种方法需要对不同的数据类型分配不同的FIFO进行缓存,当数据类型较多时,造成FIFO资源紧缺.而且在逻辑控制方面,FPGA不仅需要进行FIFO切换,还得控制不同的存储区间,从对应的FIFO中取数进行存储[9],导致存储空间也需不断进行跳变,使得FPGA逻辑处理复杂化,降低了系统的可靠性.图5为不同类型数据分区间存储示意图.
优化设计论文参考资料：
结论：基于FPGA模数混合采集系统优化设计为关于对不知道怎么写优化设计论文范文课题研究的大学硕士、相关本科毕业论文2018优化设计答案大全论文开题报告范文和文献综述及职称论文的作为参考文献资料下载。
