专利名称：基于fpga的模拟量采集模块的制作方法
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。
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 土夬，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(VI0)，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 IS07241光藕32。将一通道的模拟量进行A/D转换后，经过IS07241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。
权利要求一种基于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。
专利摘要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。
文档编号G05B19/05GK201698207SQ20102022103
公开日2011年1月5日 申请日期2010年6月8日 优先权日2010年6月8日
发明者李文荣, 李明, 杨勇兵, 沈璐璐, 许峰, 都劲松, 黄滔 申请人:中国船舶重工集团公司第七一一研究所