基于FPGA的机载数据采集系统设计

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基于FPGA的机载数据采集系统设计

李晓辉周荫清王祖林

(北京航空航天大学电子信息工程学院北京100083)

摘要针对机载数据系统采集的数据种类多、时间长、数量大等问题,本文设计了一种基于FPGA的机载数据采集系统。系统采用FPGA与单片机相结合的硬件架构,利用FPGA集成度高、在线可编程等特点,灵活、高效、准确地实现了高精度数据采集;另一方面,系统通过USB接口完成了与地面计算机之间的数据传送和任务接收。本文介绍了该系统的体系结构,重点讨论了系统实现中关于模块化设计和抗干扰设计的关键技术,最后给出了系统标定和测试的方法。实验证明,该系统工作稳定,采集精度高,可靠性好,具有很强的通用性和扩展性。
! u' I5 d6 K! I6 x8 z& h$ E关键词机载数据采集系统FPGA 单片机
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$ Y8 L- |3 {3 q, U2 V' u# G5 T1引言
数据采集技术是信息科学的一个重要分支,它在雷达、遥感、通信、自控等多方面有着广泛的应用[1-3]。数据采集系统的主要任务是采集各种模拟量、开关量或数据流,将其转换成数字量,由计算机对采集的数据进行存储、分析、打印、处理等[4。实现一个数据采集系统的关键包括硬件技术与软件技术,硬件主要实现对动态、静态参数的采集,主要解决如何利用硬件器件来实现高速高精度采集的问题;而软件部分除进行通用的测试软件开发外,重在研究功能强大的测控软件。
8 @) b( ^7 g! }4 ~本文将重点讨论系统的硬件设计。
机载数据采集系统由于其特殊的应用环境,对数据采集的要求较高。飞机一般都在高速高空高温环境下飞行，所以机载数据采集系统不仅要加大系统可靠性和电磁兼容性方面的设计,还要针对数据采集种类多、时间长.数量大、精度高等要求作更多特殊处理。
: X5 N" M) P( ?3 R% }4 Y% G. q基于可编程逻辑器件的机载数据采集系统设计成为解决上述问题的一个有效手段。可编程逻辑器件不仅能将传统数据采集系统中的很多分立元件、外围设备进行集成,减小产品的体积;而且还具备在系统编程的能力,使产品的开发、维护、更新变得方便5]。这些特点对于解决机载系统要求产品体积小、重量轻、复杂度高、可靠性好等问题,具备很大的优势。
本文设计了一套基于FPGA的机载数据采集系统。文章将先介绍系统的体系结构,然后重点讨论系统实现中关于模块化设计和抗干扰设计的关键技术，最后给出了系统标定和测试的方法。
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" ]* A7 X# `( N) Q2系统的体系结构
2.1系统的功 能
该机载数据采集系统具备如下功能:
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