FPGA驱动的高速数据采集系统：设计、实现与优势

本文主要探讨了基于FPGA控制的高速数据采集系统的设计与实现，针对电子科技大学硕士研究生汤少维的研究项目。高速数据采集系统在信号与信息处理以及软件无线电系统中扮演着至关重要的角色，特别是在现代雷达和无线基站等领域有着广泛应用。系统的核心组件包括高速高精度A/D转换芯片、高性能FPGA（Field-Programmable Gate Array）、PC/总线接口和DB25并行接口，这些组件协同工作，确保了系统的高效性和灵活性。 FPGA作为系统的控制核心和数据传输的关键环节，其在系统中的作用不可忽视。它不仅负责设计和实现系统的所有数字电路，还提供了高度的可定制性和扩展性，使得系统能够适应不断变化的需求。在时序数字逻辑设计方面，FPGA的丰富资源如锁相环PLL、触发器、缓冲器FIFO和计数器被充分利用，以实现精确的时钟控制和灵活的时序调整。 存储器设计上，FPGA的片内存储器提供了动态配置能力，可以根据实际需求调整数据格式、拆分或合并数据，以及调整数据传输速率。在接口设计上，采用了并行接口和PCI总线接口的双模传输策略，通过宏功能模块和I/O资源，实现了接口间的无缝切换，增强了系统的兼容性。 系统的工作流程控制通过编写上层PC端控制软件，利用并行接口实现了与FPGA的双向通信，用户可以在PC机上实时监控和调整系统状态。此外，系统调试过程中，作者充分利用Quartus II软件中的嵌入式逻辑分析仪SignalTap II，对系统在运行过程中的数据准确性及时序一致性进行了实时验证，显著简化了对FPGA内部复杂信号的检测。 文章深入剖析了FPGA中各个功能模块的逻辑设计，包括详细的设计分析和仿真结果，以及系统硬件电路、并行接口、PCI接口、PC端控制软件和SignalTap II的使用方法。最后，作者还报告了系统的仿真实验和测试结果，为读者提供了全面的设计参考和技术细节。这项研究不仅提升了数据采集系统的性能，还展示了FPGA在高性能系统设计中的强大潜力和灵活性。