基于FPGA的对击锤力能参数测量仪设计

为实现在锻造生产中对击锤打击能量、打击力等力能参数的测量,设计了一种基于FPGA与USB2.0的四通道、高速同步数据采集系统;硬件采用两个压电式加速度传感器和两个位移传感器,FPGA选用Altera公司的EP2C5Q240I8,通过对打击过程中524 ms内的加速度和位移数据的采集,计算出力能参数,并通过USB2.0将数据实时上传到PC机进行处理;重点介绍系统硬件电路设计、USB2.0控制逻辑和FPGA内部状态机模块设计;系统采样频率达到1 MHz,数据传输速率达到30 MB/s,现场测试证明,该系统能够在强冲击、大振动环境下稳定可靠工作,为锻造质量控制提供了可靠的科学依据。     

基于FPGA的大容量数据高速采集系统的设计

介绍了一种基于DDR2 SDRAM与USB 2.0接口的大容量数据高速采集系统,该系统以FPGA为控制核心;利用FPGA的内部模块化的编程、DDR2 SDRAM的大容量存储以及USB 2.0接口的高速传输能力实现了数据的高速采集、大容量存储和传输;该系统支持热插拨和即插即用,使用方便;实验结果表明该系统可以实时高速的进行数据采集、存储和传输,最高传输速率可达20 MByte/s;在信号的高速采集领域有着很高的应用价值。     

基于FPGA高速数据采集与存储系统的设计

对高速数据采集系统进行了研究,基于其采集速率的问题,提出了一种基于FPGA的高速数据采集系统。利用FPGA实现对12bit的A/D转换器ADC12D800的控制,使用其1.6Gsps双沿采样工作模式完成对400MHz以下高频信号的数据采集。通过设计数据存储方式来降低数据传输速率,使数据经USB传至PC机来实现高频信号地实时采集与存储。实验结果表明它可以实时、高效地完成数据采集,可以应用到雷达、通信、电子对抗等领域。     

基于DSP+FPGA的实时信号采集系统设计与实现

为了提高对实时信号采集的准确性和无偏性,提出一种基于DSP+FPGA的实时信号采集系统设计方案。系统采用4个换能器基阵并联组成信号采集阵列单元,对采集的原始信号通过模拟信号预处理机进行放大滤波处理,采用TMS32010DSP芯片作为信号处理器核心芯片实现实时信号采集和处理,包括信号频谱分析和目标信息模拟,由DSP控制D/A转换器进行数/模转换,通过FPGA实现数据存储,在PC机上实时显示采样数据和DSP处理结果。通过仿真实验进行性能测试,结果表明,该信号采集系统能有效实现实时信号采集和处理,抗干扰能力较强。     

基于CH378的便携式高速数据采集系统设计与实现

针对数据采集系统在速度、容量和体积方面的需求,文中提出了一种基于FPGA的便携式高速数据采集系统方案,采用可充电锂电池作为供电电源,采用FPGA控制读写大容量Flash数据作为高速数据缓冲,控制USB接口芯片CH378完成对U盘的读写操作,实现大容量数据的可靠和便携存储;详细介绍了该测试系统的设计背景、硬件电路的设计依据、固件程序的设计思想和测试系统的具体实现;实验结果表明,该系统具有成本低、通用性强、可靠性高、便携式操作等优点,能够实现数据的高速采集,海量存储,实现了脱离计算机直接存储数据至U盘的功能。     

用基于DSP的线阵CCD实现二维图像信号采集的系统设计

对光电转换系统，尤其是采集信号的后处理进行了研究。介绍了在光电精密数据采集处理中通过DSP用硬件实现对CCD信号的采集和处理过程。给出了对CCD信号进行边缘识别的微分算法和将线阵CCD信号进行组合，恢复出二维图像信号的算法。同时还给出了详细的硬件处理电路。重点介绍了DSP与FIFO的数据传输、DSP与USB的接口电路。解决了一般情况下系统无法做到的用线阵CCD实现二维图像信号复原的问题。通过实验，证明了该方法的有效性。线阵CCD信号是以若干线段的形式存在的，特别适用于激光雕刻机图像采集系统，应用前景广阔。     

激光陀螺读出信号高速采集系统

介绍了激光陀螺（RLG）读出信号高速采集系统的设计和实现方案。该系统包括板卡和相应的应用软件,提供两路最高60MHz采样频率、14位精度的数据采集通道,能够同时对RLG两路光强拍频信号进行高速高精度数据采集,为RLG特性分析提供重要依据。该系统通过上位机软件控制板卡的工作状态、设置和切换采样模式。板卡利用FPGA接收计算机指令并协调控制模数转换器、SDRAM和USB接口芯片,完成RLG输出拍频信号的采集、缓存和传输。FP—GA设计中结合了硬件逻辑高速灵活的优点和NIOSⅡ软核处理器在控制方面的优势。SDRAM完成海量数据缓存,USB接口芯片工作在SlaveFIFO模式下,实现板卡与计算机的通信。实验证明该系统工作稳定,在RLG测试和性能分析中具有很好的实用性。     

基于二维细分技术的时栅信号处理系统设计

为了提高时栅位移传感器的动态性能及测量精度,提出了一种基于FPGA和二维细分技术的时栅位移传感器信号处理系统。利用二维细分技术对插补脉冲进行倍频处理,降低了对插补脉冲频率的要求,通过倍频后的高频脉冲插补时栅感应信号和参考信号之间的相位差完成了时栅角位移的测量,提高测量精度。该系统在FPGA内基于NiosII软核完成数据的采集和处理,简化了系统,并加入自定义指令提高了数据处理效率。实验表明,采用该系统后,时栅位移传感器在960MHz插补脉冲下测量误差峰峰值为±1.3″,实现了时栅的高精度角位移测量。     

基于USB总线的机载多脉冲激光雷达产品测试系统研制

针对现有的机载激光雷达产品测试系统不能模拟特定信噪比,且系统使用复杂的问题,开发了基于USB总线的机载多脉冲激光雷达产品测试系统;测控软件可以设定信噪比、脉冲幅值、脉冲周期等参数,并根据静态测距和动态测距的实际需要,生成静态和动态模拟数据;另外,测试系统还能够采集外场数据,并在测控计算机上存储和分析;采集和生成的数据经过USB总线发送给基于FPGA+高速D/A转换器架构的数据转换器,再输出给激光雷达产品,保证了数据传输的高速性和灵活性;经过测试表明,信噪比在3~9的情况下,产生回波信号的距离误差控制在1%以内,信号幅值误差控制在0.5%以内;测试系统的各项指标都满足实际需要,为激光雷达产品调试提供了良好的模拟仿真平台。     

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。     

基于线阵CCD的高速光谱信息采集系统的研究

针对爆炸时刻光谱信息量大、存在时间短的特点,设计了一款基于线阵CCD高速光谱信息采集系统.系统以FPGA作为主控芯片不仅为CCD提供工作时序,同时还控制着信号调理、模数转换和光谱信息的存储与传输.最后,通过USB串行总线将采集到的光谱信息传输至上位机进行后续处理.结果表明,利用该系统可在一次爆炸过程的100ns时间内完成四个时刻爆轰温度的测量,具有较高的测量精度和速度,可实现爆轰过程中高速动态光谱信息的采集与存储,并可应用于其它瞬态信息的获取领域.     

手机USB数据线测试仪的研制

针对企业生产手机USB数据线时需要进行性能测试方面的要求,设计出一款以FPGA为处理核心,USB接口芯片为控制对象,辅之电源、存储器、键盘、显示、静电保护和反馈输出接口等模块组成的手机USB数据线测试仪。该测试仪按照USB通信协议把USB数据包通过被测数据线进行传输,然后通过计算其传输USB数据包的错误率来判断数据线性能的质量好坏。通过与误码率分析仪、电脑海量传输实测的结果对比和实际应用表明,该仪器较其它测试方法具有测试速度快,测试结果准确等优点,可广泛地应用于USB数据线生产企业。     

基于FPGA的超高速线阵CCD信号采集系统的设计与实现

线阵CCD已广泛应用于在线检测、图像识别等系统,目前高帧率采集系统多在200~500Hz之间。高速线阵CCD采集系统,如1K甚至10KHz以上的采集要求,设计难度大,电路实现复杂,需要专用处理器,产品成本高,提出了一种采用并行高速FPGA驱动线阵CCD,通过常规分立元件完成模拟信号处理,实现数字信号实时传输的方案。该方案不仅简化了硬件设计上的难度,在同等性能情况下,可实现每秒万帧的高速采样,大幅度降低了成本。方案选用Altera FPGA作为控制核心,实现高速信号采集的同时,在片上实现一定的图像算法,不仅加速了图像处理速度,同时降低了计算机的处理压力。最后,本电路通过USB2.0接口,完成数据的实时传输。设计具有高帧率、高灵敏度、性能稳定,便携使用等特点,同时还有一定的通用性,已应用于一些光学系统中。     

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。     

基于CH378嵌入式存储系统设计

随着军事工业飞速发展,高速数据存储设备成为导弹测试领域不可或缺的一部分。通过对导弹测试领域中现有数据存储设备研究发现当今存储系统存在传输速度低、存储容量小、可靠性差、数据易丢失、严重依赖PC机等缺点,首次提出以U盘作为存储介质用于某型号导弹参数测试领域,以最新的USB串口芯片CH378来设计读写U盘,并独特运用FPGA读写大容量的FLASH构成存储系统的数据缓存部分这一设计理念,最终以STM32F103VE单片机控制CH378将缓存数据写入U盘的设计方案。文中详细介绍了基于CH378的嵌入式存储系统软硬件设计,最后通过软件测试U盘存储速度并用信号发生器模拟传感器信号输出,对比U盘和FLASH中数据并对数据解码分析,验证系统达到高速可靠存储等设计要求。     

USB3.0接口在数据存储系统中的应用

USB3.0的传输速率最快可达5Gbps,因此,为实现大量数据的快速稳定传输,介绍了一种以FPGA为控制核心,DDR2 SDRAM为高速大容量缓存,USB3.0为记录器与计算机进行数据通信接口的高速数据传输系统,通过模块硬件电路及软件协议实现了数据的高可靠性稳定传输,解决了大容量记录器的数据传输速度瓶颈。经长期试验证明：该接口传输速度可稳定到达150M/s,且数据可靠无误,满足任务设计要求。     

Development of afterglow time test system for nanosecond fluorescent screen of low-level-light image intensifier北大核心CSCD

The time characteristics of fluorescent screen is one of the important parameters to evaluate the performance of image intensifier. At present, there is no measurement method for the afterglow time of nanosecond fluorescent screen of low-level-light image intensifier. Based on the traditional test scheme of image intensifier afterglow time, a afterglow time test system for nanosecond fluorescent screen was developed. This system used a high-speed signal generator with the sampling rate of 250 MHz to complete the excitation of the laser diode light pulse, and a photomultiplier tube was used with the descending time of 0.57 ns to complete the photoelectric conversion of the fluorescent screen light signal. The weak photocurrent signal of μA magnitude was amplified and converted to a single-terminal differential circuit to complete the AD conversion in AD9684. Then the digital luminance information of the fluorescent screen was stored in the double data rate SDRAM (DDR) unit after field programmable gate array (FPGA), and the host computer sent instructions to read the DDR memory. The USB3.0 high-speed transmission protocol was used to transmit data to the host computer. In the data processing, the Kalman filtering and fast finding falling edge algorithm were used to realize the accurate measurement of noise filtering from collected data and afterglow time. The test results show that the proposed afterglow time test system for nanosecond fluorescent screen can effectively test the image intensifier with ultrafast optical characteristics. The afterglow test results of P47 phosphor reaches 118.094 4 ns, and the repeatability reaches 2.08%. © 2022 Editorial office of Journal of Applied Optics. All rights reserved.     

脉冲激光测距回波信号时间选通处理技术

为了降低高重频脉冲激光测距回波信号的误识别率，提高测距性能，对高重频脉冲激光测距回波信号调理技术进行深入研究。采用FPGA作为主控芯片，产生激光调制脉冲，并根据被测距离3.33 μs～33.33 μs时间选通方波信号，驱动开关芯片产生与量程关联的时间波门，有效滤除脉冲回波中的干扰脉冲，该方法改进了常规脉冲激光测距信号处理系统的自动增益控制环节。测试实验结果表明:在脉冲回波信号60 dB的动态范围内，可有效滤除回波信号中引入的干扰脉冲，极大地降低了干扰脉冲误识别造成粗大误差的可能性。该方法可推广应用于脉冲激光测距信号处理系统，使系统测距精度提高12.6%。     

基于USB3.0的高速数据传输电路的设计

针对大容量数据记录器与外围计算机之间的数据通信时间长速度慢的问题,借助USB3.0接口良好的向后兼容性、易于使用性、可热插拔性、传输速度快等特点,设计了以FPGA为主控单元, DDR2 SDRAM作为高速大容量缓存,USB3.0接口作为与计算机进行数据通信接口的高速数据传输电路系统。采用外接I2C接口的EEPROM作为USB3.0接口芯片的启动方式;通过专用的线性稳压器为DDR2提供稳定的参考电压和吸收电流;最后详细介绍了USB3.0接口芯片的固件程序配置和FPGA控制模块的逻辑设计。实验测试结果表明,通过USB3.0接口该系统数据传输速度达到149.29M/S,且数据传输可靠。     

基于FPGA的激光测速仪信号处理方案设计与实现

为满足高动态环境下的激光多普勒测速仪信号处理需要,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的激光测速仪信号处理方案。在FPGA内部完成全部信号处理的内容,利用快速傅里叶变换(FFT)算法得到信号的频谱,利用能量重心法对离散频谱进行校正,开发采样频率自适应算法,兼顾测量准确度与测量范围的要求,最后将结果通过通用串行总线上传个人计算机显示。程序采用流水线方式设计,提高信号处理速度。经过实验验证,数据更新率达到2.4~24kHz,数据延迟时间为123~1230μs,测量准确度优于8×10-4,测量稳定度优于2.5×10-7。