本发明专利技术公开了一种基于FPGA的内嵌可选滤波算法的高速PCI采集卡，用于解决现有基于FPGA的高速PCI采集卡控制效率低的技术问题。技术方案是包括A/D采样模块、FPGA处理芯片和PCI总线传输模块。所述A/D采样模块在FPGA处理芯片的协调下完成对十六路模拟量的循环采集并将结果送入FPGA处理芯片中，所述FPGA处理芯片对A/D采样模块转换后的数据进行算法和参数可选的滤波处理，所述PCI总线传输模块将处理后的数据传至计算机，完成采集过程。相比于背景技术，本发明专利技术除了可实现多通道实时模拟数据采集外，还能根据模拟信号特点在FPGA处理芯片中对数据进行算法及参数可选的数字滤波，提高了控制程序执行效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于FPGA的高速PCI采集卡，特别是涉及一种基于FPGA的内嵌可选滤波算法的高速PCI采集卡。
技术介绍
在现代工业领域，随着控制系统日益大型化，复杂的系统会给有用信号叠加许多高频噪声干扰。如何在不损失原始信号的前提下滤除这些干扰，在自动化测控领域显得越来越重要。目前普遍使用的处理方式分为两种:通过硬件电路搭建模拟滤波器和通过软件处理实现数字滤波器。但这两种方式均存在很多缺陷:(I)采用模拟滤波器，由于电路中电阻电容晶体管等电子元件的电气特性会随着时间、温度、电压的变化发生漂移，从而导致滤波器的性能发生改变。此外，模拟滤波器占用宝贵的PCB面积，并会造成有用信号的相位偏移；(2)采用数字滤波器，要求对信号进行过采样，并将采集的数据通过总线传输到计算机。这样一方面增大了数据传输量，给总线及系统带来很大负担，另一方面在计算机执行滤波算法会占用控制资源，耗费处理器宝贵的处理时间，从而大大降低了控制效率。综合以上问题，比较合理的解决方案是在采集卡上增加数字滤波处理模块，再将处理后的信号传至计算机。而目前市售的采集卡没有相关功能的产品。参照图4。文献“林良有，张伟.基于FPGA的连续采样的高速PCI采集卡设计.计算机测量与控制，2007，15 (6):813-815.”公开了一种基于FPGA的高速PCI数据采集卡。该采集卡包括前置放大模块，程控放大模块，抗混叠滤波模块，A/D采样模块，FPGA处理模块和PCI总线传输模块。信号经过前置放大和程控放大，使信号的最大幅度接近A/D采样的量程，之后经过低通模拟滤波器处理，将信号传入A/D采样模块。采样后的信号经过FPGA处理模块的“数据压缩”处理，由PCI总线传输模块传至PC机。该采集卡使用模拟滤波器处理噪声，占用宝贵的PCB面积，滤波效果不稳定、滤波参数单一并会造成有用信号相移，不能有效推广至其他复杂的工作场合。
技术实现思路
为了克服现有基于FPGA的高速PCI采集卡控制效率低的不足，本专利技术提供一种基于FPGA的内嵌可选滤波算法的高速PCI采集卡。该采集卡包括A/D采样模块、FPGA处理芯片和PCI总线传输模块。所述A/D采样模块在FPGA处理芯片的协调下完成对十六路模拟量的循环采集并将结果送入FPGA处理芯片中，所述FPGA处理芯片对A/D采样模块转换后的数据进行算法和参数可选的滤波处理，所述PCI总线传输模块将处理后的数据传至计算机，完成采集过程。相比于
技术介绍
，本专利技术采集卡除了可实现多通道实时模拟数据的采集外，还能根据模拟信号的特点在FPGA处理芯片中对数据进行算法及参数可选的数字滤波，然后将处理后的数据通过PCI总线传输模块传给计算机。从而既保证了高采集精度和速度，又极大降低了总线数据传输量，提高了控制程序的执行效率。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于FPGA的内嵌可选滤波算法的高速PCI采集卡，包括A/D采样模块和PCI总线传输模块，其特点是还包括FPGA处理芯片。所述A/D采样模块由外围接口、模拟开关、运算放大器和A/D转换芯片构成。所述PCI总线传输模块由电平转换芯片、桥接芯片和PCI接口构成。所采集信号通过A/D采样模块，A/D采样模块中的外围接口将所采集信号送入模拟开关，信号通过运算放大器送入A/D转换芯片。由FPGA处理芯片中的控制逻辑控制A/D采样模块中A/D转换芯片的转换以及模拟开关的通道切换，并将结果存入FPGA处理芯片中的锁存器。在FPGA处理芯片内部开辟控制字，所述控制字由计算机控制程序通过PCI总线传输模块实时写入。FPGA处理芯片根据控制字的配置信息将采集到的数据送入相应的滤波器，并对滤波器的参数进行设置。FPGA处理芯片将滤波后的数据依次存入双端口 RAM。对于数据的读取，PCI总线传输模块中的PCI接口通过桥接芯片将地址信息传送给电平转换芯片，电平转换芯片将地址信息转化为FPGA处理芯片能够接受的电平信息，并送入FPGA处理芯片中的双端口 RAM。FPGA处理芯片内中的双端口 RAM将对应地址的数据通过PCI总线传输模块中的电平转换芯片送入桥接芯片，桥接芯片将数据再传送给PCI接口。对于控制字的写入，PCI总线传输模块中的PCI接口将对应于控制字的地址通过桥接芯片和电平转换芯片送入到FPGA处理芯片内部的控制字，然后在下一时钟周期将要写入的控制数据通过桥接芯片和电平转换芯片送入到对应地址的控制字中，从而完成对于控制字的写入。所述外围接口的型号是DB37。所述模拟开关采用ADG1406芯片。所述运算放大器为由AD8021搭建而成的电压跟随器。所述A/D转换芯片是AD7671芯片。所述FPGA处理芯片是可编程逻辑器件EP2C8Q208。所述桥接芯片是PCI9052。所述电平转换芯片的型号是SN74LVCH16T245。本专利技术的有益效果是:该采集卡包括A/D采样模块、FPGA处理芯片和PCI总线传输模块。所述A/D采样模块在FPGA处理芯片的协调下完成对十六路模拟量的循环采集并将结果送入FPGA处理芯片中，所述FPGA处理芯片对A/D采样模块转换后的数据进行算法和参数可选的滤波处理，所述PCI总线传输模块将处理后的数据传至计算机，完成采集过程。相比于
技术介绍
，本专利技术采集卡除了可实现多通道实时模拟数据的采集外，还能根据模拟信号的特点在FPGA处理芯片中对数据进行算法及参数可选的数字滤波，然后将处理后的数据通过PCI总线传输模块传给计算机。从而既保证了高采集精度和速度，又极大降低了总线数据传输量，提高了控制程序的执行效率。下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术作详细说明。【附图说明】图1是本专利技术基于FPGA的内嵌可选滤波算法的高速PCI采集卡系统结构框图。图2是本专利技术基于FPGA的内嵌可选滤波算法的高速PCI采集卡操作流程图。图3是本专利技术基于FPGA的内嵌可选滤波算法的高速PCI采集卡关于滤波器功能实现的逻辑框图。图4是
技术介绍
基于FPGA的连续采样的高速PCI采集卡设计原理框图。【具体实施方式】以下实施例参照图1-3。本专利技术基于FPGA的内嵌可选滤波算法的高速PCI采集卡包括A/D采样模块和PCI总线传输模块，还包括FPGA处理芯片。所采集信号通过A/D采样模块，A/D采样模块中的外围接口将所采集信号送入模拟开关，信号通过运算放大器送入A/D转换芯片。由FPGA处理芯片中的控制逻辑控制A/D采样模块中A/D转换芯片的转换以及模拟开关的通道切换，并将结果存入FPGA处理芯片中的锁存器。在FPGA处理芯片内部开辟控制字，所述控制字由计算机控制程序通过PCI总线传输模块实时写入。FPGA处理芯片根据控制字的配置信息将采集到的数据送入相应的滤波器，并对滤波器的参数进行设置。FPGA处理芯片将滤波后的数据依次存入双端口 RAM。对于数据的读取，PCI总线传输模块中的PCI接口通过桥接芯片将地址信息传送给电平转换芯片，电平转换芯片将地址信息转化为FPGA处理芯片能够接受的电平信息，并送入FPGA处理芯片中的双端口 RAM。FPGA处理芯片内中的双端口 RAM将对应地址的数据通过PCI总线传输模块中的电平转换芯片送入桥接芯片，桥接芯片将数据再传送给PCI接口。对于控制字的写入，PCI本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于FPGA的内嵌可选滤波算法的高速PCI采集卡，包括A/D采样模块和PCI总线传输模块，其特征在于：还包括FPGA处理芯片；所述A/D采样模块由外围接口、模拟开关、运算放大器和A/D转换芯片构成；所述PCI总线传输模块由电平转换芯片、桥接芯片和PCI接口构成；所采集信号通过A/D采样模块，A/D采样模块中的外围接口将所采集信号送入模拟开关，信号通过运算放大器送入A/D转换芯片；由FPGA处理芯片中的控制逻辑控制A/D采样模块中A/D转换芯片的转换以及模拟开关的通道切换，并将结果存入FPGA处理芯片中的锁存器；在FPGA处理芯片内部开辟控制字，所述控制字由计算机控制程序通过PCI总线传输模块实时写入；FPGA处理芯片根据控制字的配置信息将采集到的数据送入相应的滤波器，并对滤波器的参数进行设置；FPGA处理芯片将滤波后的数据依次存入双端口RAM；对于数据的读取，PCI总线传输模块中的PCI接口通过桥接芯片将地址信息传送给电平转换芯片，电平转换芯片将地址信息转化为FPGA处理芯片能够接受的电平信息，并送入FPGA处理芯片中的双端口RAM；FPGA处理芯片内中的双端口RAM将对应地址的数据通过PCI总线传输模块中的电平转换芯片送入桥接芯片，桥接芯片将数据再传送给PCI接口；对于控制字的写入，PCI总线传输模块中的PCI接口将对应于控制字的地址通过桥接芯片和电平转换芯片送入到FPGA处理芯片内部的控制字，然后在下一时钟周期将要写入的控制数据通过桥接芯片和电平转换芯片送入到对应地址的控制字中，从而完成对于控制字的写入。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：袁朝辉，付盛坤，张欣恺，霍常春，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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