[发明专利]一种基于FPGA的高速信号采集存储及回放装置

说明书

技术领域

本发明涉及数据采集装置，特别涉及一种基于FPGA的高速信号采集存储及回放装置。

背景技术

随着工业自动化和智能化数字化系统的不断发展，数据采集系统在工业生产、科学研究、实验教学和智能家居生活等领域得到了快速的发展，在数字化地球的发展和进化中，数据采集系统将是所有系统中不可缺少的重要组成部分。

总的来说，现有的数据采集系统大多是采用在线采集的方式，主流方式有以下三种：

1、通过PCI或者ISA总线方式插入计算机的扩展槽采集数据，该方式目前产品最多、使用最广、可靠性高、传输速度快，采集数据通道数可达数百个，可适应于工业现场及实验室内研究，但不适应野外作业等特殊场合；

2、通过通讯电缆长距离传输信号进行数据采集，该方式在目前应用中也使用较多，但电缆传输线的通道数、成本以及干扰问题是该方式最严重的缺陷；

3、通过无线传输来进行数据采集，随着无线通信技术的发展该方式的应用也越来越广泛，在不久的未来将迎来工业无线应用新时代，但在一些电磁干扰恶劣，或是在水下作业的环境，无线数据传输将无法实现。

随着现代工业、材料、信息技术的发展，应用系统越来越庞大，现场环境也越来越复杂，对数据采集的要求也越来越高，对数据采集系统提出了更多、更高和更广的要求，现有的数据采集系统已经不能满足工程爆破、振动监测、水下测试及其它野外作业场合的数据测试和采集需要。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的不足，本发明提出一种基于FPGA的高速信号采集存储及回放装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于FPGA的高速信号采集存储及回放装置，包括信号调理电路、高速A/D转换电路、FPGA处理单元、SDRAM存储器、NAND FLASH存储阵列、USB2.0通讯单元以及上位机。其中，所述信号调理电路用于将从外界采集到的模拟信号进行调理；所述高速A/D转换电路用于将上述调理过的模拟信号转化为数字信号；所述SDRAM存储器用于缓存上述数字信号；所述NAND FLASH存储阵列用于存储经过处理的上述数字信号以及上位机指定的采样频率、每个采样段的时间长度；所述USB2.0通讯单元完成将FPGA发送到端口的数据通过USB总线传输至上位机以及解析上位机软件发送的控制命令以及采样频率、每个采样段的时间长度数据包，并输出相应的控制信号以及数据信息到FPGA处理单元；所述的上位机通过软件控制能够接收USB2.0通讯单元发送的数据包并解析，将不同的通道数据保存至文件以及将其描绘的曲线显示在界面上，实现放缩、拖动等分析处理功能。所述FPGA处理单元包括工作模式选择开关，使得该单元可以选择工作于信号采集模式下或者信号回放模式下，其中在信号采集模式下，所述FPGA处理单元用于控制A/D采样，并将转换得到的数字信号缓存至所述SDRAM高速数据存储器，之后采用LZW算法对缓存在SDRAM存储器中的数字信号进行无损压缩后写入NAND FLASH存储阵列；在信号回放模式下，FPGA处理单元将数据从NAND FLASH读出并通过USB2.0通讯单元发送至上位机进行回放。

进一步地，本发明所述的高速信号采集存储及回放装置，还包括无线接收模块，用于接收远程控制信号，并产生外部触发信号，用于启动下一时间长度的采样存储，实现分段采集存储。

进一步地，本发明所述的高速信号采集存储及回放装置，所述FPGA处理单元在信号回放模式下，在将存储在NAND FLASH中的数据发送至USB2.0通讯单元之前，在所述数据中添加一个通信协议报头，用于识别所传数据的通道编号以及采样频率信息。

进一步地，本发明所述的高速信号采集存储及回放装置，其特征在于所述高速A/D转换电路为多片高速ADC芯片组成的同步采样转换电路。

更进一步地，本发明所述的高速信号采集存储及回放装置，其特征在于每个通道的采样频率通过上位机分别设置。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本装置是基于先采集后回放的便携式数据采集处理设备，可满足工程爆破、振动监测、水下测试及其它野外作业场合的数据测试和采集需要；

2、本装置采样频率高、存储容量大，数据存储之前对数据进行无损压缩，有效降低数据存储量，可适应大多数采集场合的需要；

3、本装置产品采用高速NAND FLASH闪存，相比传统的存储介质机械硬盘，其可以经受很大的压力、极端的温度，可以在强冲击、震动下工作，具有广阔的应用前景。

附图说明