基于FPGA和CAN控制器软核的CAN总线发送系统的设计与实现

基于FPGA嵌入式片上可编程技术,采用现有的CAN总线控制器软核模块,设计了软核控制程序,将由CAN控制器软核及其控制程序组成的CAN发送软件嵌入在FPGA内部,开发了CAN总线通信系统,实现了对CAN总线数字量的发送。经过软件仿真验证、静态时序分析和硬件系统测试,仿真和测试结果表明,该系统设计合理,方案可行,时序正确,功能、性能满足要求。系统将硬件软件化,有效的减少了外围芯片的数量,降低了系统的体积和功耗,提高了产品的集成度、通用性和可靠性,具有良好的实用价值和推广前景。     

ADS8325与FPGA在TMSR保护系统中的应用

战略性先导科技专项(TMSR)熔盐堆保护系统中,对接收到的信号需要有较高的数据转换精度,并且保护系统中的元器件具有一定的抗辐射能力。文章主要选用16位串行微功耗、高速、高精度ADS8325芯片和ACTEL公司开发基于Flash技术的具有抗辐射性能的现场可编程门阵列FPGA,设计了熔盐堆保护系统中关键的A/D转换和定值比较单元。整个设计方案用Verilog HDL硬件描述语言实现,并在Libero 平台下进行软件编程实现A/D转换的工作时序和定值比较的控制。文章对方案的软硬件进行了描述,同时分析了相应的测试结果。     

基于GPS授时的多通道数据同步采集系统

针对异地多通道同步数据采集需要,设计并实现了一种基于GPS授时的多路数据采集系统。利用EP4CE10F17C8 UBLOX-6T ADS8568 CYPRESS68013A的组合实现8路数据的同步采样及上传。系统内建两个高精度时钟,通过GPS秒脉冲校准,从而获得每个采样点的准确时间。以FPGA为核心,完成AD转换控制、数据组织和缓存、USB数据传输控制。基于VS2010应用程序完成数据的接收和处理。测试结果表明,该系统各模块设计合理,运行稳定,实时性高,具有较好推广价值。     

高分辨高灵敏度 CCD图像传感器驱动时序设计许涛1,张振海1, *,石志国2,张东红3,侯帅1,张亮1,王健1,

在分析面阵CCD图像传感器结构和驱动时序基础上,针对高分辨率高灵敏度ICX694ALG大面阵CCD图像传感器 ,研究其驱动时序发生器。以现场可编程门阵列 ( FPGA) 作为硬件平台 ,通过Verilog HDL硬件描述语言对该驱动时序发生器进行了硬件描述,采用ISE软件进行功能仿真,并针对XILINX公司的可编程逻辑器件XC3S1000进行了硬件适配。仿真测试表明,FPGA驱动时序发生器能够满足高分辨高灵敏ICX694ALG大面阵CCD图像传感器驱动要求,达到了设计要求。     

基于PIC及FPGA的简易信号分析仪设计

高速数据采集与信号分析是信号分析仪的关键。设计以PIC16F877A单片机为核心,DA芯片MCP4922及可变增益放大器AD603构成程控放大电路;CCP模块实现频率测量;AD转换器AD9288及FPGA实现高速实时数据采集,并由LCD液晶显示被测数据及波形。由单片机读取FPGA中FIFO的缓存数据,实现对正弦波、三角波、方波等幅值、电压真有效值的测量及信号波形判断,实验效果实用良好。     

一种便携式冲击波超压测试系统

针对现在军用和民用对爆破的测量需求,提出了一种基于现场可编程逻辑门阵列FPGA和ICP传感器的便携式冲击波超压测试系统。测试系统主要以FPGA为主控芯片,采用ICP压电传感器,包含信号放大调理电路,AD转换电路,存储器模块以及工作状态显示电路。系统具有光触发、节点互触发和多节点同步触发等多种触发方式,连续重触发功能,以及多次采集时FLASH分块存储功能。系统上位机是以VC++为开发工具设计的软件,用于对数据进行分析、处理和显示。实验结果表明系统工作可靠,操作简便,能够实现对爆破冲击波超压的测试。     

基于FPGA的空间面阵CCD相机驱动时序发生器与下位机的一体化设计

在分析e2v公司的CCD47—20 Backthinned NIMO型CCD器件驱动时序关系的基础上，结合空间面阵CCD相机电子系统的总体要求，完成了基于FPGA的驱动时序发生器与下位机的一体化设计。选用FPGA器件作为硬件设计载体，使用VHDL语言对一体化的时序与控制通信系统进行了硬件描述。针对ALTERA公司的FPGA器件EP1C6Q240C8对设计进行了RTL级仿真及配置，完成了一体化系统的硬件电路。硬件实验结果表明，所研制的基于FPGA的一体化的时序与控制通信系统不仅可以满足CCD芯片和视频处理的时序要求，还可以与CCD相机上位机进行可靠的串行通信，监测和控制相机的工作状态．     

多功能便携示波器的研制

设计了低成本、低功耗的多功能示波器,采用了ST公司的STM32F4系列的单片机作为主控芯片,用片内AD进行采样,省去了AD转换芯片和FPGA,以此降低成本,同时运用STM32F4片内的FPU(浮点运算单元)还能对波形进行数学运算.多功能便携示波器全部使用触摸屏操作的方案使应用更加方便、快捷、形象.     

水下目标激光探测系统中高速信号采集系统的设计

介绍了水下目标激光探测高速数据采集系统设计的技术难点,设计了一种基于高速CMOS模/数转换芯片和高性能StratixⅡFPGA高速数据采集芯片的水下激光信号实时采集与传输系统,信号采集速率可达1GHz。系统的适用性及可靠性在水下目标激光探测试验中得到了验证。     

基于AXI总线的视频数据传输处理的FPGA实现

为了保证铁路视频监控系统实时性,提高视频数据的传输和处理速度,提出了基于AXI总线的视频数据传输处理的FPGA实现,将XSVI(XILINX Streaming Video Interface)视频格式滤除扫描信号,只处理数据,在数据处理传输结束后,通过视频时间控制器产生扫描信号,和视频数据时序对应后输出。XSVI和AXI的转换接口控制器在modelsim软件上实现功能仿真,在ISE软件上实现综合与应用,并在Sparten6开发板上得到验证。     

基于AD9854重离子治癌加速器高频控制器设计

介绍了兰州重离子治癌加速器治疗装置的高频控制系统原理、软件设计、硬件配置和布局。提出并实现了对重离子治癌加速器高频控制系统的高频腔体的精确控制。在硬件上,重离子治癌加速器高频控制系统硬件平台由监视控制板和数据分析板两部分构成,采用双FPGA+DSP+DDS+PXI 结构,此结构具有强大的数据处理能力,其核心器件是FPGA和DDS。通过设计编写FPGA VHDL代码实现对DDS芯片的配置,产生的IQ两路信号,分别发送到高频腔、幅度调制器以及偏流电源上,完成幅相同调和频率调制。通过该设计,实现与DAC和ADC操作配合进行高速高效的数据传输,产生高品质束流。     

基于DSP的磁场电源控制器软件设计

 为了使兰州重离子加速器冷却储存环的磁场电源控制器及时更新输出的波形数据,以TI公司的TM320C6713芯片为中央处理器,结合FPGA逻辑编程,采用双FIFO数据缓存机制和Aitken插值算法,编写并优化了磁场电源控制器软件系统。利用数据驱动模式的编程方式提高了系统的执行效率和可维护性。同时通过对更新的波形数据做Aitken插值运算,使其大小减少为原始数据的1/1024,提高了数据的传输和存储效率。经现场测试,本软件系统运行稳定可行,达到设计要求。     

用于SCA ASIC测试的数字读出模块设计

高速开关电容阵列(SCA)具有高速采样、低功耗的特点,基于SCA的高速波形数字化是目前高精度时间测量的一个重要研究方向。为此,我们开展SCA芯片的研究,目前已设计完成原型ASIC设计,并正在进行后续版本的改进设计。为便于未来多版本ASIC的测试和评估,需设计具有一定通用性的数字读出模块,本论文工作主要介绍此模块的设计工作以及相应的数据读出软件。数字读出模块基于FPGA实现对待测ASIC的控制、配置及数据读出,采用DDR3片外存储芯片,使用USB3.0等接口进行数据传输;上位机软件基于Python3.7设计,实现了数据采集与波形绘制等功能。目前已使用设计完成的数字读出模块对第2版SCA ASIC进行了初步的测试,测试结果表明,此读出模块工作正常,且SCA芯片输出结果符合预期。     

基于多Agent的水质监测断面优化布设研究

针对条件恶劣、空间受限的飞行目标测试环境中对其数据采集存储系统的低功耗和微型化的要求,本文提出了一种采用MSRAM作为数据的主要存储介质,结合FPGA芯片AGL030作为主控制部分的微型化数据采集存储方案。并对电路的采集存储、节能、延时进行了软件设计,对相关功能的实现进行了仿真,调试后采集存储电路工作稳定,采集存储数据回读拟合波形完整。该采集存储系统最终被成功应用于某型号的飞行炮弹数据记录中。     

Development of an ADC radiation tolerance characterization system for the upgrade of the ATLAS LAr calorimeter

ATLAS LAr calorimeter will undergo its Phase-I upgrade during the long shutdown(LS2) in 2018, and a new LAr Trigger Digitizer Board(LTDB) will be designed and installed. Several commercial-off-the-shelf(COTS)multi-channel high-speed ADCs have been selected as possible backups of the radiation tolerant ADC ASICs for the LTDB. To evaluate the radiation tolerance of these backup commercial ADCs, we developed an ADC radiation tolerance characterization system, which includes the ADC boards, data acquisition(DAQ) board, signal generator,external power supplies and a host computer. The ADC board is custom designed for different ADCs, with ADC drivers and clock distribution circuits integrated on board. The Xilinx ZC706 FPGA development board is used as a DAQ board. The data from the ADC are routed to the FPGA through the FMC(FPGA Mezzanine Card)connector, de-serialized and monitored by the FPGA, and then transmitted to the host computer through the Gigabit Ethernet. A software program has been developed with Python, and all the commands are sent to the DAQ board through Gigabit Ethernet by this program. Two ADC boards have been designed for the ADC, ADS52J90 from Texas Instruments and AD9249 from Analog Devices respectively. TID tests for both ADCs have been performed at BNL, and an SEE test for the ADS52J90 has been performed at Massachusetts General Hospital(MGH). Test results have been analyzed and presented. The test results demonstrate that this test system is very versatile, and works well for the radiation tolerance characterization of commercial multi-channel high-speed ADCs for the upgrade of the ATLAS LAr calorimeter. It is applicable to other collider physics experiments where radiation tolerance is required as well.     

表面质量检测系统中超高速图像数据采集与处理平台的设计与实现

以钢板表面检测图像数据采集与处理的应用为背景,设计了3GSPS（Giga Samples Per Second）超高速数据采集与处理平台。采用时钟双边沿采样的方式提高采样率,使得系统最高采样率达到3GSPS,采用FPGA芯片解决了ADC采样后高速数据的采集与存储的难题。该平台的通用性以及灵活性较强,可在钢板表面检测图像系统中得到广泛的应用。     

基于FPGA的四轴飞行控制器的硬件系统设计

为提高四轴飞行器的数据采集与数据处理能力,降低四轴飞行器的功耗,研制了一种基于FPGA的四轴飞行控制器。飞行控制器以NIOS II处理器为控制核心,结合嵌入的SPI、I2C、UART等IP核实现了数据的实时采集与快速处理,并提出并行处理PPM解码和编码、超声波检测与控制、蜂鸣器控制的设计方案,利用VerilogHDL语言在FPGA上设计了这些并行处理功能模块,这些功能模块通过PIO核与NIOS II处理器连接,能够自主完成所规定的处理功能。经过多次飞行测试,四轴飞行器能够稳定的起飞和降落,快速的飞行,转弯,上升和下降,也能够避开障碍物,验证了四轴飞行控制器功能稳定,功耗较低,已达到设计的要求。     

基于嵌入式计算机的核测系统设计与应用

嵌入式系统以功能专一、集成度高、可靠性高、功耗低等优点,在核测量领域方面有着巨大的应用前景。设计基于嵌入式计算机PCM-3343核测量系统具有模拟信号采集、脉冲信号采集、开关量信号采集、模拟输出、开关量信号输出等功能,以触摸屏、液晶屏、键盘鼠标作为人机交互接口。根据功能要求,硬件上设计了基于PC104总线的具有相应功能电路模块,软件方面设计了基于FPGA的功能模块、基于Windows CE 6.0的嵌入式操作系统的应用程序和基于迪文触摸屏的软件界面。该系统在核电厂硼浓度计、反应堆集中数据采集系统、数字反应性仪等设备上均有良好应用。     

基于FPGA的无创伤血液成分光谱采集系统设计

血液成分检测是健康诊断的重要手段,常规的血液成分检测采用抽血的方法,不仅给病人带来痛苦,还存在交叉感染的风险。近红外光谱技术是无创伤血液成分检测中的研究热点。为满足近红外无创伤血液成分检测仪器对其光谱数据采集系统提出的高速、多通道和高信噪比的要求,设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的高速、多通道光谱数据采集系统。该系统采用Altera公司Cyclone IV系列的FPGA芯片作为其微控制器,控制两片8通道的A/D芯片并行采集16通道的人体血液脉搏波光谱信号,采集到的数据在FPGA的控制下首先缓存在FPGA内部建立的乒乓RAM中,然后转存至外部SRAM芯片中,最后经USB总线传输至计算机。实验结果表明,在19 531 Hz的采样频率下,该系统能够高速并行采集16个通道的信号,重复性信噪比可达40 000∶1。此外,在该采样率下,系统可以采集到高信噪比的人体血液脉搏波信号,采集速度能够达到每秒305幅光谱图。该系统满足近红外无创伤血液成分检测仪器对于光谱数据采集系统的基本要求。该研究的主要创新点为将FPGA应用于近红外无创伤血液成分检测仪器的数据采集系统中,FPGA能够同时控制两片AD芯片进行16路人体血液脉搏波数据的高速并行采集,解决了单片机作为微控制器时无法实现多通道大量数据高速采集和储存的问题,使仪器的采集速度大大加快;同时使用FPGA内部资源建立乒乓RAM进行数据的缓冲,实现了不同位数数据从AD芯片到SRAM芯片的无缝连续传输。