%b3%a2故障测距系统中高速数据采集卡的开发与应用.pdf

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1、第2 6 卷第l 期电力自动化设备V 0 1 2 6N o 12 0 0 6 年1 月E l e c t r i cP o w e rA u t o m a t i o nE q u i p m e n tJ a n 2 0 0 6行波故障测距系统中高速数据采集卡的开发与应用夏俊峰，樊亚东，李静，方力谦，谢鹏(武汉大学电气工程学院，湖北武汉4 3 0 0 7 2)摘要：在行波故障测距中，传统的数据采集系统无法适应采集高速变化的暂态电压、电流行波的要求难以实现故障的精确定位。介绍了一种基于P C I 总线的高速数据采集卡的软硬件。硬件以现场可编程门阵列F P G A(F i e l dP r o

2、 舯m m a b l eG a t eA n a y)为核心，由高速A D 转换、高速S D R A M 缓存、P C I 接口等一系列外围电路组成，采用P a s s，r I l m 工作方式实现P C I 总线接口和用户外部互联设备或存储设备问高性能突发式数据传输。软件分为数据采集、启动、选相定位、远程通信等几部分。该系统采样率达6 0M H z 能够很好地进行输电线路暂态行波的采集，在故障定位及微机保护中都可广泛应用。关键词：高速数据采集：F P G A：P C I 总线中图分类号：1 1 P 2 7 4+2文献标识码：B文章编号：1 0 0 6 6 0 4 7(2 0 0 6)0 1

3、 一0 0 4 8 0 3现代行波故障定位方法一般是对故障点产生故障时的电流或电压行波进行高速采样确定故障行波到达测量点的准确时刻算出行波经过的距离从而实现故障点的精确定位 1 2 。本数据采集系统采用现场可编程门阵列F P G A(F i e l dP m g r a m m a b l eG a t eA a v)作为处理器，配合高速A D 转换器、高速存储技术以及P C I 总线技术达到了6 0M H z 的采样速率，完全可以实现对高速暂态信号的实时采集、传输与储存，可广泛应用于电力系统及其他需要实现高速数据采集的场合。l硬件部分对于高速数据采集技术而言最为重要的指标是系统的分辨率、精度

4、和通过速率。特别是通过速率，它是区别高速数据采集与一般数据采集的最为关键的一个技术指标。在时间域上通过速率就是指系统每采集1 个有效信号所占用的时间在硬件具体实现过程中主要考虑2 个方面：A D 转换时间；转换后数据的存储时间。由于要实现高达6 0M H z 的采样速率。传统的单片机无法满足要求本系统采用了大规模现场可编程逻辑器件F P G A 作为处理器选用A L T E R A 公司的F L E X1 0 K 系列芯片。该芯片的反应时间能够达到纳秒级集成度高达1 0 0 0 0 0 典型门数集成了嵌入式存储器芯片。通过采用快速通道互联实现了快速、可测的延时，同时提供供快速计算的专用进位链和

5、逻辑函数的专用级联链。本系统的硬件电路图如图1 所示以F P G A 为核收稿日期：2 0 0 5 一0 5 2 3：修回日期：2 0 0 5 0 7 2 5锯l 罢鳊。霉l G P S 卜_ 叫1 一p r T 格口J图1 数据采集原理图F i g 17 I h ep d n c i p l ed i a g r a mo fd a t aa c q u i s i t i o n1 1 高速A D 转换单元A D 转换器采用美国A D 公司生产的1 4b i t 高速高精度A D 转换器A D9 2 4 4，它具有7 5 0M H z 的输入带宽最高允许抽样速率达6 5M H z。其最大的

6、特点就是体积小、功耗低和精度高。A D9 2“由+5V模拟电压供电也可以在+5V 的数字电压下正常工作。A D 9 2 4 4 提供有片内参考电压，并集成了高性能的抽样和保持放大器。A D9 2 4 4 内部使用多级差分电路结构，并带有自动纠错的逻辑电路，可以在6 5M H z的输人数据速率下保证1 4b i t 的精度。此外。该器件还具有很宽的工作温度范围可以在一4 0 8 5o C 温度范围内正常工作。A D9 2 4 4 的采样时钟信号既可以由F P G A 输出也可以由外部触发方式给出它的模拟电压可以直接由P C I 接口的+5V 电源直接供给其数字电源可由P C I 接口的1 2V

7、电源通过变换得到。片内提供有1 2 V 的参考电压并可通过变换接口的电阻值设定。片内集成有高性能的抽样和保持放大器，输入信号可以采用单端输入，也可以采用差分输入。这一点特别适合对采集的行波信号进行波形比较以求得 万方数据第1 期夏俊峰，等：行波故障测距系统中高速数据采集卡的开发与应用正确的行波波头到达时刻。为了满足高速数据采样的需要要求A D9 2 4 4在时钟的上升沿与下降沿都有所动作。在时钟的上升沿时转换器对模拟输入量进行采样在时钟为低电平(即下降沿与上升沿之间)时S H A 处于采样模式，当时钟为高电平(即上升沿与下降沿之间)的阶段时S H A 处于保持模式。由于其内部采用了流水线结构使

8、原本需要3 个时钟周期的转换时间缩短为1 个时钟周期，转换速率提高了，适合高速采样。但每个上升沿得到的数据要经过3 个时钟周期才能输出转换结果因此A D 必须转换3 个时钟周期才开始存储，或者舍弃前3 个点。1 2 高速数据存储单元高速数据采集系统中常用存储器作数据缓冲存储器(简称数据缓存器)，其原因是C P U 或常规总线难以及时处理由高速A D C 直接输出的数据流。基于P C 机的数据采集系统此问题尤为严重 引。采用P C I总线技术的D M A 块传送速度与常规总线相比较而言已经达到3 2b i t 3 3M H z 但与高达6 0M H z 的采样速率相比较，则依然显得不足。因此，数

9、据在传输到P C 机之前必须先存到缓冲器中。传统的S R A M 尽管具有读写速度快、控制简单、所需辅助逻辑器件少等优点但是由于其缓存容量较小，难以适应高速数据采集的要求。S D R A M 是新一代高速、高容量动态存储器，与S R A M 相比，不仅容量大得多而且价格便宜。它的容量通常是S R A M的几倍到几十倍。与D D RS D R A M 相比较，它的控制又相对简单。而且由于系统中采用的F P G A 给S D R A M 提供了大容量的可编程逻辑寄存器用户可以将地址产生、行与列地址选择、读写时序、刷新与仲裁逻辑全部在1 片F P G A 中实现。若有必要，还可以在同一片F P G

10、A 中加入S D R A M 的查错和纠错逻辑。这样在l 片F P G A 就具有S D R A M 所有必需的控制功能。其集成度不亚于用户全定制电路而其开发费用和开发周期却明显优于全定制电路。由于F P G A是C M O S 工艺，其功耗非常小，同时，F P G A 可在用户环境下重复编程在许多情况下只需改变F P G A的内部逻辑。即能适合不同的环境。可见S D R A M是大容量缓冲存储器工程的良好选择。本系统采用1 2 8M 的S D R A M 数据缓存器在高速采样时能够实现数据缓存任务。同时提供二级缓存F I F O 方式。当系统的采集速度小于P C I 总线的传输速度时系统通过

11、F I F 0 模块实现数据实时传输存人P C 机中 5 1。采用C Y P R E S S 公司的C Y 7 C 4 4 l高速、双端口F I F 0。器件的功耗很低读写不受时钟控制，只要不是对同一个寄存器操作就可以同时实现读写操作。二级缓存的设计。使本系统可以发挥最大数据传输功能同时也可以使功耗处于一个相对较低的水平。以适应高速数据采集的需要。1 3P C I 总线单元P C I 总线是先进的高性能局部总线已逐步取代I S A 总线成为主流。它可以同时支持多组外围设备，而不受制于中央处理器为中央处理器高速与外围设备交换提供了一座桥梁 6 。它的时钟频率与C P U 时钟频率无关。某种程度上

12、解决了C P U 高性能处理器与低效的系统结构之间的瓶颈问题。同时具有极高的兼容性与极小的存取延时支持线性触发的数据传输模式，可以确保总线始终满载数据以减少无谓的地址操作。P C I 总线传输周期由1 个地址阶段加上1 个或多个数据阶段构成。基本的P C I 传输是由F R A M E，I R D Y 和T R D Y3 个信号控制。在地址阶段启动设备指定目标设备(在P C I 的A D 总线驱动启动地址)，同时发出F R A M E 信号表明有效的地址和命令已在总线上。由于地址阶段仅存l 拍，所以每个P C I 从设备需锁存总线上的地址和命令，以便随后译码之用。在数据阶段启动设备用F R A

13、 M E 信号表示突发传输的持续过程。当启动设备准备完成最后1 个数据阶段时需失效F R A M E 且发出I R D Y。最后1 个数据传完后。启动设备将P C I 总线还原至闲置状态(此时，F R A M E 和I R D Y 均无效)。本系统采用A M C C 公司的S 5 9 3 3 作为P C I 接口芯片符合P C I 总线规范2 1 标准，具有功能强、容易扩展、支持多级别接口的特点。该芯片在一般应用的情况下。可以作为简单总线设备满足适中的数据传输任务，在高级应用环境下，可作为总线主设备，访问其他P C I 设备。S 5 9 3 3 提供了多个物理总线接口和P C I 总线及用户总

14、线之间的数据传输方式为数据传输提供了非常灵活的硬件环境。对于高速数据采集而言。最适合的是直通(P a s s T h m)路径传输方式。1 4P a s s T h r u 传输方式P a s s T h m 工作方式可以实现P C I 总线接口和用户外部互联设备或存储设备间高性能突发式数据传输。在这种模式下，S 5 9 3 3 提供配置寄存器。P a s sn m 逻辑由2 个数据和2 个地址寄存器组成用于定义P C I 总线传输所需要的信息。P a s s r I l m 数据传输工作模式在用户接口内存直接访问和外围互联设备寄存器访问方面的优势很明显但它需要1 个外部存储器定义和配置P a

15、 s s T h l l J 区域。S 5 9 3 3 提供4 个用户可配置的P a s s r 1 1 l l l l l 区域每个区域与P C I 配置基地址寄存器相对应每个区域代表1 个地址空间(块的大小可由用户定义)，可以映射到内存或I O 空间。P a s s r I l m 实际上就是通过对P a s s T h l l l 区域定义将A d d O n 上的资源映射到系统空间P C I 总线设备便可以通过P a s s T h m 区域访问A d d 一0 n 上的资源。在实模式下内存可以映射到1M 地址空间以下对于A d d O n 接口，映射区域的总线宽度可以是8 b i t

16、 1 6 b i t 或3 2 b i t 以便与A d d O n 万方数据电力自动化设备第2 6 卷内存或外部互联设备相兼容。但是，这种特点只有在S5 9 3 3 作为P C I 从属设备时才能利用P a s s r 1 1 l m 工作方式支持突发式数据传输数据传输率只受到P C I主设备和A d d O n 逻辑速度的限制。2 软件部分现代行波故障测距装置一般都采用双端定位法。双端定位法需要实现对端通信和G P S 授时所以除了数据采集、启动、选相定位等部分外，还应加上远程通信部分才能符合系统的要求。数据采集部分的基本功能是使双端信号同步进行高速数据采集并存储数据。同时将数据传输到P

17、C 机上。保存在硬盘中。启动部分的基本功能是通过预先给定的启动算法(如零序电流启动(8 等)。在故障发生时准确启动使得数据采集系统能够由相对低速状态转入高速数据采集状态。启动部分要求灵敏度高、不误动、不拒动。选相定位部分的基本功能是利用小波定位算法 9】对采集的故障电压、电流数据进行处理消除各种干扰，判断故障相和故障点。通信软件的主要功能在于通过通信线路实现输电线路两端测量点的通信并将数据上传到调度中心以利于整个电网的调控。系统软件工作的流程框图如图2 所示。图2 软件流程框图F i g 2T h en o w c h a no fs o f h v a r eG P S 时钟安装在输电线路两

18、侧的故障定位装置中以确保数据采集时间的同步。系统运行时先进行初始化和G P s 校时。当输电线路正常运行时，两侧的数据采集系统以一个相对较低的速度采集两端的电流、电压数据。一旦输电线路发生异常，在经过启动部分确定后系统转入高速数据采样。并按要求保留故障前后的电压、电流数据。当故障被切除后。输电线路两侧的装置通信交换两侧的电流、电压数据然后再计算出故障相和故障点的位置。3 结语本高速数据采集系统具有极高的采样率。符合P C I 总线标准，具有大容量的缓冲存储器，使用方便灵活。可在输电线路故障时准确捕捉到暂态行波的波头，实现精确的故障定位，也可以应用于电力系统监测、继电保护及其他需要用到高速数据采

19、集的场合。参考文献：1 沈兰荪高速数据采集系统原理与应用 M 北京：人民邮电出版社1 9 9 4 2 L O U R E I R 0CFM，C O R R E I ACMBA I n n o v a t i v eh i g hs p e e dd a t aa c q u i s i t i o na r c h i t e c t u r e C N 眦l 明rS c i e 耻eS y m p o s i u mC o I 如r e 眦eR o r d S 1 ：I E E E，2 0 0 0：1 9 41 9 6 3 H A U C KS J I h er o l eo fF P G

20、A si nr e p m g m m m a b l es y s t e m J P r o c I E E E，1 9 9 1，8 6(4)：6 1 5 6 3 8 4 唐锡宽，刘清瑞，杨巍，等高速数据采集系统和分析系统研究 J 航空动力学报，1 9 9 4，9(2)，1 0 7 1 1 2 T A N Gx i-k u a n，u uQ i n g m i，Y A N Gw e i，e ta 1 H i g I ls p e e dd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e ma n da n a l y s i ss y s t e mr e s e

21、a r c h J J o u m a lo fA e r o s p a c eP o w e r，1 9 9 4，9(2)：1 0 7 1 1 2 5 范华，谭玉山两通道高速数据采集系统 J 电子测量与仪器学报，1 9 9 6，1 0(3)：5 1 5 5 F A NH u a，T A NY u s h a n Ah i g h s p e e dt w o c h a n n e ld a t aa c q u i s i t i o ns y s t e m J J o u m a lo fE l e c 仃o I l i cM e 嬲u m m e n ta n dI 璐t 邝m e

22、 n t，1 9 9 6，1 0(3)：5 1 5 5 6 李贵山，戚德虎，陈金鹏P C I 局部总线开发指南 M 西安：西安电子科技大学出版社，1 9 9 7 7 张旭东，傅强，何松华，等基于P C I 接口多通道高速数据采集系统 J 数据采集与处理，2 0 0 0，1 5(2)：2 4 0 2“z H A N Gx u d o n g，F UQ i a n g，H ES o n g h u a，e ta 1 P C Iba s e dh i g hs p e e dm u h i c h a n n e ld a t aa c q u i s i t i o ns y s t e m J

23、J o 啪a l0 fD a t aA c q l l i s i t i o n&P r o c 嘲i I l g，2 0 0 0，1 5(2)：2 4 0 一2 6 4 8 李开成，王井冈，雷海军，等用于暂态电流测量的高速数据采集系统设计 J 华中科技大学学报，2 0 0 0，2 8(1 2)：1 0 7 1 1 2 UK a i c h e n g，W A N GJ i n g g a n g，L E IH a i-j u n，e ta 1 H i g hs p e e dd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e md e s i g no fs i n

24、 g l e c h i pm i c m c o m p u t e rf b rt r a n s i e n tc u r r e n tm e a s u r e m e n t J J H 岫-z h o n gU I l i v o fS c i&T h，2 0 0 0，2 8(1 2)：1 0 7 1 1 2 9 胡广书数字信号处理 M 北京：清华大学出版社，1 9 9 7(责任编辑：李育燕)作者简介：夏俊峰(1 9 7 9 一)，男，湖北成宁人，硕士研究生，研究方向为电力系统测试计量技术及仪器(E-m a n：j s t o n l l)【y e a l l n e t)；樊亚

25、东(1 9 6 7 一)，女，湖北谷城人，副教授，研究方向为测试计量技术及仪器：李静(1 9 7 9 一)，女，湖北汉川人，硕士研究生，研究方向为电力系统监测与控制：方力谦(1 9 8 2 一)，男，江西南昌人，硕士研究生，研究方向为电力系统监测与控制：谢鹏(1 9 8 0 一)，男，湖北成宁人，研士研究生，研究方向为电力系统监测与控制 万方数据基于元件与量测相结合的负荷特性数据库系统祝晶1，李欣然1，陈辉华2，唐外文2，李元萍3，李培强1，林舜江1，金群(1 湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙4 1 0 0 8 2；2 湖南省电力调度通信中心，湖南长沙4 1 0 0 0 7；3 长沙理工大

26、学电气与信息工程学院，湖南长沙4 1 0 0 7 2)摘要：以电网综合负荷特性的调查统计数据和在变电站现场采集的负荷特性数据为基础。采用V i s u a lB a s i c6 0 开发工具和S O LS e r v e r2 0 0 0 数据库平台，开发了一个电力系统综合负荷特性数据库系统并成功地应用于基于元件和基于量测两种途径的综合负荷建模。阐述了综合负荷特性数据的来源和特点以及数据库的基本结构和功能设计着重描述了数据库的具体设计方法和技术。实际运行表明该数据库系统具有结构完整、界面友好、操作方便、运行可靠、扩展性好等特点，为电力系统综合负荷建模及负荷特性研究提供了技术支持。关键词：电力

27、系统：负荷建模；负荷特性调查；负荷特性数据库中图分类号：T M7 1 4文献标识码：A文章编号：1 0 0 6 6 0 4 7(2 0 0 6)0 1 一0 0 5 1 0 4O 引言电力系统综合负荷是电网中变电站或母线用电设备的集合也包括相应的配电网络。负荷建模不仅对各种具体的用电设备元件建模更重要的是综合负荷的建模。即研究综合负荷吸收的功率随着负荷母线电压和电网频率的变动而变化的关系以确定描述这种关系的数学方程(负荷模型)的结构及参数(模型参数)。由于综合负荷具有地域广布分散、构成随机时变、非连续和高度非线性等特点负荷建模收稿日期：2 0 0 5 0 5 3 1：修回日期：2 0 0 5

28、0 7 2 7基金项目：高等学校骨干教师资助计划(教计司 2 0 0 2 6 5 号)；湖南省教育厅重点资助项目(湘教通 2 0 0 1 1 9 7 号)研究发展比较缓慢成为电力系统几个最困难的研究领域之一。随着电力系统广域测量系统(W A M S)技术应用的发展精确仿真将成为电力系统仿真计算的追求目标，这将对电力系统综合负荷建模、尤其是负荷模型的实用化提出更高的要求。基于量测的方法(m e a s u r e m e n t _ b a s e da p p r o a c h，也称总体测辨法)和基于元件的方法(c o m p o n e n t-b a s e da p p r o a c

29、 h，也称统计综合法)是综合负荷建模的两条基本途径。总体测辨法利用来源于负荷点(变电站)的现场实测负荷特性数据基于系统辨识理论确定负荷模型的结构和参数：统计综合法则利用基于电网大范围内负荷特性调查所获得的各变电站以及各用电行业的负荷构成信息基于统计学原理确定I)e V d o p m 朗to f1 1 i g h-s p e e dd a t aa c q l l i s j t j 彻s y s t 咖f b rt 阳V e l i n g-w a V ef a u l tl o c a t i n gs y s t e mX I AJ u n f e n g，F A NY a d o n

30、g，L IJ i n g，F A N GL i q i a n，X I EP e n g(C o U e g eo fE l e c t r i c a lE n 舀n e e r i n g，W u h a nU n i v e r s i t y，W u h a n4 3 0 0 7 2，C h i n a)A b s t r a c t：I nt r a v e l i n g w a v ef a u l tl o c a t i n g，t h et r a d i t i o n a ld a t aa c q u i s i t i o ns y s t e mc a nn o

31、tr e c o r dt h ef a s t c h a n g e dt m v e l i n gw a v e so fv o l t a g ea n dc u r r e n tf o ra c c u r a t ef a u l tl o c a t i n g An o V e lh i 曲一s p e e dd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e mb a s e do nP C Ib u si sd e s i g n e d W i t hF P G A(F i e l dP m g r a m m a b l eG a t eA

32、r r a y)a si t sc o r e，t h eh a r d w a r ec o n s i s t s o fh i g h s p e e dA Dc o n V e r t e r，h i g h s p e e dS D R A Mb u f 玷r i n gs t o r a g e，P C Ii n t e r f a c ea n ds oo n r h es u d d e nd a t at r a n s m i s s i o nb e t w e e nP C Ib u si n t e 血c ea n de x t e m a li n t e r c

33、o n n e c t e dd e V i c e so rs t o m g ed e V i c e si sp r o c e s s I e di nP a s s-T h mp a t t e m T h es o f t w a r ei n c l u d e sd a t aa c q u i s i t i o n，i n i t i a t i o n，p h a s es e l e c t i o na n df a u l t1 0 c a t i n g，r e m o t ec o m m u n i c a t i o n I t ss a m p l es

34、p e e dc a nr e a c h6 0M H za n dm e e t st h en e e do ft r a n s i e n tt r a v e l i n gw a v ea c q u i s i t i o n 7 I h es y s t e mc a nb e u s e di nf a u l tl o c a t i n ga n dm i c r o p r o c e s s o 卜b a s e dr e l a yp r o t e c t i o n K e yw o r d s：h i g h s p e e dd a t aa c q u i

35、 s i t i o n；F P G A；P C Ib u s 万方数据行波故障测距系统中高速数据采集卡的开发与应用行波故障测距系统中高速数据采集卡的开发与应用作者：夏俊峰，樊亚东，李静，方力谦，谢鹏，XIA Jun-feng，FAN Ya-dong，LI Jing，FANG Li-qian，XIE Peng作者单位：武汉大学电气工程学院,湖北,武汉,430072刊名：电力自动化设备英文刊名：ELECTRIC POWER AUTOMATION EQUIPMENT年，卷(期)：2006，26(1)被引用次数：5次 参考文献(9条)参考文献(9条)1.沈兰荪 高速数据采集系统原理与应用 19942

36、.LOUREIRO C F M.CORREIA C M B A Innovative high-speed data acquisition architecture 20003.HAUCK S The role of FPGAs in reprogrammable system 1991(04)4.唐锡宽.刘清瑞.杨巍 高速数据采集系统和分析系统研究期刊论文-航空动力学报 1994(02)5.范华.谭玉山 两通道高速数据采集系统期刊论文-电子测量与仪器学报 1996(03)6.李贵山.戚德虎.陈金鹏 PCI局部总线开发指南 19977.张旭东.傅强.何松华 基于PCI接口多通道高速数据采集系

37、统期刊论文-数据采集与处理 2000(02)8.李开成.王井冈.雷海军 用于暂态电流测量的高速数据采集系统设计期刊论文-华中科技大学学报（自然科学版）2000(12)9.胡广书 数字信号处理 1997 相似文献(10条)相似文献(10条)1.期刊论文 黄志文.扈晓兰 基于AD9224及FPGA的高速数据采集系统设计-工业控制计算机2009,22(8)介绍了基于FPGA及AD9224的高速数据采集系统.该设计用AD9224来实现AD转换,用FPGA实现控制逻辑,用FIFO作为AD转换与FPGA之间的高速缓冲存储区.实现了高速数据采集、数据的快速传输和模块灵活控制三者的结合.FPGA模块设计使用V

38、HDL语言编写,用MAXPLUS实现软件设计和仿真验证.2.学位论文 刘志平 基于FPGA的高速数据采集存储系统设计 2009 高速大容量数据采集存储技术在通信、航天、气象、雷达等多个领域中拥有着广泛应用。各领域科技与信息技术不断发展，对数据的采集和传输速率要求越来越高，对数据存储的速度和容量要求也越来越高。高速数据存储主要包括存储介质选取、存储器控制、数据存储和总线应用等，如何实时、高速、连续大量地采集存储数据是一个关键性问题。本文设计了一种基于FPGA控制的高速数据采集存储系统。该系统选用符合ATA-6规范的IDE硬盘作为数据存储介质，采用RAID0配置的磁盘阵列形式，并配合板载的128M

39、B内存实现对数据的高速大容量稳定存储。该磁盘阵列同时管理五个IDE硬盘，平均数据流达到250MB/s，峰值传输速率达到500MB/s，也可以扩展更多硬盘构成大容量的磁盘阵列。系统采用PCI-9054桥芯片与计算机连接，可同时存储四路AD数据，可以通过人机交互界面实时监控数据采集情况，在计算机上实现整个磁盘阵列的实时控制。3.期刊论文 杨永东.曾庆立.YANG Yong-dong.ZENG Qing-li 基于FPGA+DSP的高速数据采集系统设计-吉首大学学报（自然科学版）2009,30(4)介绍了1种基于FPGA和DSP的高速数据采集系统的设计和实现,其FPGA采用Altera公司ACEX

40、1K系列的EPIK50TC144_3器件,DSP芯片采用TI公司TMs320系列的TMS320C6713器件.该系统将A/D采样的数据送往FP-GA,经过FPGA预处理后送到DSP,最终通过USB接口送到主控台,其系统的数据采集的实时速度最高可达到100 MB/s,适用于大部分的高速数据采集场合.4.期刊论文 蔡菲娜.曹祁.CAI Fei-na.CAO Qi 利用FPGA实现DMA方式的高速数据采集-微电子学与计算机2005,22(3)给出了利用FPGA来实现DMA方式的高速数据采集电路的设计思想,工作原理和实施方案.该设计有效地解决了单片机应用领域中速度较慢的CPU和高速的A/D转换器之间的

41、速度配合问题,具有电路设计简单,可靠性高,传输速度快等特点.时序仿真和实际应用都证明了设计的正确性.5.学位论文 梁志毅 基于ARMLinux的高速数据采集技术研究 2006 本文研究基于ARMLinux的高速数据采集系统的设计与实现问题。论文完成了以ARM+FPGA结构为平台，ARMLinux为核心的系统的软、硬件设计，进行了信号的高速采集和处理的实际测试，对实验数据进行了分析。同时为了体现ARM+FPGA结构在功耗节省方面的优势，我们用NIOS 实现了系统同样的功能，并利用工具对两种结构的系统功耗作了比较，有效地验证了我们的论点。论文从软硬件两方面入手，阐述了基于ARM处理器和FPGA芯片

42、进行高速数据采集的硬件系统设计方法，以及利用ARMLinux操作系统进行高速数据采集的软件程序设计问题。硬件方面，为实现高速采集目的，选择了AD公司的AD9481芯片。并在FPGA平台上，基于乒乓原理，设计实现了多路FIFO缓冲和双端口数据存储结构。利用阈值控制方式获取目标信号，并触发ARM平台的外部FIQ，在FIQ中断处理程序中通过GPIO高速并行获取观察数据。软件方面，为了更好更有效地管理和拓展系统功能，我们移植了ARMlinux。在ARMLinux平台上，设计实现了EP7312平台上的LCD设备驱动程序和数据采集应用程序。并通过修订内核，实现了利用FIQ机制高速获取外部设备数据，用户进程

43、通过访问系统空间获取实验数据并在LCD加以显示。论文实现了利用FIQ机制控制前端外设进行高速数据采集的系统功能。在前端采样频率达到125MHz时，系统仍能够正常地进行数据采集、传输和显示的工作。6.期刊论文 张成迁.董臻.何志华.吴敏.ZHANG Cheng-qian.DONG Zhen.HE Zhi-hua.WU Min 基于FPGA控制的高速数据采集与回放系统-科技信息2008,(21)从系统的硬件设计、电路实现等几个方面来说明了系统是如何进行工作的;从系统的要求出发介绍了整个系统的总体的设计方案及其原理,详细描述了FPGA的配置过程.7.期刊论文 马秀娟.考丽.赵国良.Ma Xiu-ju

44、an.KAO li.ZHAO Guo-liang 基于FPGA和DSP的高速数据采集实时处理系统的设计-电子器件2007,30(3)为实现激光目标回波的快速捕获、检测及实时处理,提出一种ADC+FPGA+DSP的数据采集与实时处理的设计.激光回波通过高速模数转换器(ADC)转换成数字信号,经FIFO乒乓高速缓存,然后再送到DSP进行实时处理.电路简单、可靠、实时性强,最高采样率达200 MHz,具有8 bit垂直分辨率,4 M8位数据存储空间.该系统能准确实时地计算出目标距离、速度,适时预警,符合汽车防撞激光雷达中信号处理的要求.详细介绍了系统的设计方案及各主要组成模块.8.学位论文 王亚庭

45、基于ARM与FPGA的高速数据采集技术研究 2007 本文研究基于ARM与FPGA的高速数据采集系统技术。论文完成了ARM+FPGA结构的共享存储器结构设计，实现了ARMLinux系统的软件设计，包括触摸屏控制、LCD显示、正弦插值算法设计以及各种显示算法设计等。同时进行了信号的高速采集和处理的实际测试，对实验测试数据进行了分析。论文分别从软件和硬件两方面入手，阐述了基于ARM处理器和FPGA芯片的高速数据采集的硬件系统设计方法，以及基于ARMLinux操作系统的设备驱动程序设计和应用程序设计。硬件方面，在FPGA平台上，我们首先利用乒乓操作的方式将一路高速数据信号转换成频率为原来频率1/4的

46、4路低速数据信号，再将这四路数据分别存储到4个FIFO中，然后再对这4个FIFO中的数据拼接并存储在FPGA片上的双端口双时钟RAM中，最后将FPGA的双端口双时钟RAM挂载到ARM系统的总线上，实现了ARM和FPGA共享存储器的系统结构，使ARM处理器可以直接读取这个双端口双时钟的RAM中的数据，从而大大提高了数据采集与处理的效率。在采样频率控制电路设计方面，我们通过使FIFO的数据存储时钟降低为标准状态下的1/n实现数据采集频率降为标准状态的1/n，从而实现了由FPGA控制的可变频率的数据采集系统。软件方面，为了更有效地管理和拓展系统功能，我们移植了ARMLinux操作系统，并在S3C24

47、10平台上设计实现了基于Linux操作系统的触摸屏驱动程序设计、LCD驱动程序移植、自定义的FPGA模块驱动程序设计、LCD显示程序设计、多线程的应用程序设计。应用程序能够控制FPGA数据采集系统工作。在前端采样频率为125MHz情况下，系统可以正常工作。能够实现对频率在5MHz以下的信号波形的直接显示；对5MHz至40MHz的信号，使用正弦插值算法进行处理，显示效果良好。同时这种硬件结构可扩展性强，可以在此基础上实现8路甚至16路缓冲的系统结构，可以使系统支持更高的采样频率。9.期刊论文 周立敏.蒋亚东.眭晓林.ZHOU Li-min.JIANG Ya-dong.SUI Xiao-lin 基

48、于多波束风场位移测量法的高速数据采集和处理系统设计-激光与红外2010,40(2)为实现对风场的实时监控,多波束风场位移测量系统对数据采集系统提出了很高的要求.针对实际需求,设计了实现高速数据缓存和传输控制的FPGA芯片,主要包括PLL时钟管理模块、前级FIFO缓冲模块、后级双口RAM存储模块以及FIFO和RAM的读写控制模块等,很好地完成了数据的缓存和异步读取,并且极大简化了A/D芯片接口电路结构和印制电路板设计的复杂性.在开发环境Quartus 6.1中对设计的各个模块分别进行了综合和仿真,仿真结果表明各模块均达到了设计要求.风场位移测量系统成功地对实地风场进行了测量,结果表明高速数据采集

49、系统能够有效地检测出风场中不同距离处的散射回波信号,并据此计算出风速以及风向.10.期刊论文 沈辉.张萍 FPGA在PCI Express总线接口中的应用-现代电子技术2010,33(14)随着高速数据采集设备传输带宽的日益提高,开发者需要采用新的计算机总线进行数据传输.这里叙述了使用EP2SGX90系列FPGA完成PCI-Express协议转换,多种DMA工作方式及相关寄存器的作用.以链式DMA传输方式为例,详细介绍该传输方式下的寄存器设置及在驱动程序中的实现范例.实验表明,用FPGA实现协议转换,总线持续传输速率最高可以达到1.2 Gb/s,满足大多数高速数据采集设备的要求.在此摒弃了采用

50、专用总线接口芯片的传统方法,将开发者的逻辑设计和总线协议转换放到同一个FPGA芯片中,不但节省了硬件成本,利用其可编程特性,大大提高了设计可扩展性,同样的硬件很容易完成由PCIE 1.0到PCIE 2.0的升级.引证文献(5条)引证文献(5条)1.汪梅.焦水林.曲立娜.段金英.韩瑶瑶 PCI总线的信号采集期刊论文-西安科技大学学报 2010(1)2.陈小勤.曹军军.何正友.李宗昉 电力暂态信号数据采集与录波单元的研制期刊论文-电力自动化设备 2008(9)3.陈恩黔.楼书氢.肖斌 基于虚拟仪器的故障测距装置开发构想期刊论文-中国电力教育 2007(z2)4.王玉梅.季涛 煤矿35 kV配电线路