张思杰，赵泰，汪振兴，石岭

（重庆大学通信工程学院，重庆400030）

传统的数据采集系统中通常采用单片机或DSP作为控制模块，控制A/D转换、存储和其他外围电路的工作，利用PCI、ISA等接口与上位机进行通信。随着数据采集对速度、实时性、简易性的要求越来越高，传统数据采集系统的弊端也日趋明显。近年来随着FPGA技术和USB技术的应用深度和广度的不断加大，利用FPGA芯片和USB接口设计高速数据采集系统成为新的研究热点。FPGA芯片不仅体积小、功耗低、时钟频率高、内部时延小，而且能够使用VHDL语言来编程实现程序的并行执行，配置灵活，开发周期短，性能可靠。USB是一种高效、快速、价格低廉、体积小并支持热插拔的新型串行通信接口,目前USB2.0的高速传输速率能够达到480 Mb/s，能够实现数据的高速传输。

1 系统总体结构

本设计采用FPGA+USB的设计思路,利用FPGA芯片作为系统的逻辑控制核心，通过USB 2.0接口与上位机通信，实现单端16路/差分8路模拟数据的高速、实时、便携式的采集。本文设计的数据采集系统划分为A/D转换电路、FPGA采集控制和USB传输控制器等若干部分。如图1所示。

图1 数据采集系统总体框图

本数据采集系统支持单端16路和差分8路模拟信号输入,每路12 bit的转换精度,最高采样率为200 kHz。主机应用程序首先向USB控制器发出采样时控包，在时控包中设置采集通道及其采样频率。进而USB控制器触发FPGA采集信息，FPGA根据时控包开始启动A/D进行模数转换,转换结束后，FPGA接受A/D输出的12 bit串行数据，并通过串并转换将它转换成16 bit并行数据输出。……