麻志滨+廖雯+刘芳

摘 要： 为了实现对模拟量的高速采集与快速傅里叶分析，提出了一种基于FPGA的高速数据采集分析系统的设计方案，系统采用Cyclone系列FPGA配合高速A/D转换器，并使用了Altera公司的定制快速傅里叶分析集成核，通信与上位机采用RS 232串行通信标准协议配合基于Matlab GUI的上位机分析软件，并对多组高频模拟信号进行了高速数据采集与快速傅里叶分析实验，同时在上位机分析软件中实时显示出分析结果。实验结果验证了快速傅里叶分析理论，实现了低成本、高性能数据采集分析系统的设计完成。

关键词： FPGA； 高速数据采集； 快速傅里叶分析； FIFO存储器

中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）16?0135?03

Design of high?speed data acquisition and analysis system based on FPGA

MA Zhi?bin， LIAO Wen， LIU Fang

（Harbin Institute of Technology， Weihai 264209， China）

Abstract： In order to realize the high?speed acquisition and fast Fourier analysis of analog quantity， a design scheme of high?speed data acquisition and analysis system based on FPGA is proposed in this paper. Cyclone series FPGA chip， high?speed A/D converter and Alteras fast Fourier analysis integration core are used in the system. RS?232 serial communication standard protocol and host analysis software based on Matlab GUI are adopted for the communication. The high?speed data acquisition and fast Fourier data analysis experiment are employed for multi?group high?frequency analog signal. The analysis result is displayed in real time in the principal computer analysis software. The fast Fourier analysis theory was validated in the experiment. The design of low cost but high performance data acquisition and analysis system was completed.

Keywords： FPGA； high?speed data acquisition； fast Fourier analysis； FIFO memory

0 引 言

在信号处理技术中，数据采集显得尤为重要。数据采集的传统设计方法，通常以单片机为控制核心，并配合A/D转换器、存储器等其他功能模块工作。科学技术飞速发展的今天，工业与科技各个领域均对数据采集速度提出了更高的要求，过去的单片机设计方案弊端严重地制约了数据采集技术的发展。单片机工作时运行频率低，且主要依靠软件编程算法实现数据的采集，“软件式”采集使得采集速度和效率大打折扣[1]。而FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）则克服了传统单片机的这一劣势。FPGA工作时钟频率高，内部延时小，运行工作全部由硬件逻辑实现，速度快、效率高。

本文介绍一种基于FPGA，应用高速ADC和快速傅里叶分析算法设计实现的高速数据采集分析系统。

1 系统硬件组成与设计