Artículos sobre fpga
El tema de este artículo es el sistema de adquisición, almacenamiento y reproducción de formas de onda. Al diseñar y crear un sistema de recopilación, almacenamiento y reproducción de formas de onda, el sistema puede recopilar dos formas de onda de señales periódicas al mismo tiempo, y se requiere que después de que el sistema se apague y restablezca, las señales recopiladas se puedan reproducir y mostrar continuamente. en el osciloscopio.
Los sistemas de adquisición, almacenamiento y reproducción de formas de onda actuales generalmente se basan en el principio de los osciloscopios de almacenamiento digital, con un microcontrolador (89s51) y FPGA FPGA (EP1C6Q240C8) como núcleo de control. La señal se muestrea en tiempo real a través de AD de alta velocidad y se activa en el flanco ascendente. La forma de onda se puede almacenar y mostrar continuamente en tiempo real. Tiene una función de bloqueo y se puede almacenar presionando la tecla "mover" para mostrar. Con el desarrollo de la tecnología electrónica y los circuitos integrados, los productos electrónicos se actualizan cada vez más rápido y sus requisitos funcionales también aumentan. Por lo tanto, con base en los resultados de investigaciones anteriores, las funciones del sistema deben mejorarse aún más para satisfacer la rápida aplicación de la sociedad y las necesidades del público. Con el desarrollo de dispositivos semiconductores y tecnología de procesamiento digital, los osciloscopios digitales se han convertido en algo común. Por lo tanto, los sistemas de adquisición, almacenamiento y reproducción de formas de onda también deberían desarrollarse digitalmente, lo cual es una tendencia inevitable. El sistema está diseñado para una mejor digitalización.
El resultado esperado es que la forma de onda se pueda recopilar y almacenar en la memoria, y la frecuencia, el voltaje de fondo, el voltaje de gama baja, el voltaje pico y la forma de onda de la forma de onda que queremos estudiar vienen dados por la operación. y los datos medidos se muestran en forma digital en el osciloscopio junto con la forma de onda. De esta manera, las personas pueden ver las características de la forma de onda medida de manera más intuitiva en aplicaciones prácticas, lo que facilita el estudio de cuestiones relacionadas.
2 Diseño general del esquema 2.1 El esquema 1 toma el microcontrolador como núcleo para controlar la recopilación, el almacenamiento y la reproducción de formas de onda. Debe almacenarse en un determinado dispositivo de almacenamiento. La frecuencia del microcontrolador no es muy alta, el rendimiento antiinterferencias es fuerte, la operación es simple y el costo es bajo. El objetivo es agregar un chip AD/DA externo y un chip de memoria externo para la pantalla LCD. Realice las funciones de recopilación, almacenamiento y reproducción de formas de onda. El circuito recopilará automáticamente las formas de onda recopiladas, las almacenará en el chip de memoria y las mostrará en la pantalla LCD. Los datos no se perderán cuando se apague la alimentación. Después de presionar la tecla de almacenamiento, el sistema muestrea la forma de onda correspondiente y almacena los datos de muestreo. Después de presionar la tecla de reproducción, el sistema reproducirá las formas de onda almacenadas en un bucle. La amplitud se puede cambiar durante la adquisición y los datos recopilados durante la reproducción también cambiarán. Durante la reproducción, al presionar la tecla de memoria se detendrá la reproducción de la forma de onda y se mostrará una línea recta. Si se presiona la tecla de reproducción, la tecla de reproducción actual finalizará, la forma de onda actual finalizará y se adquirirá una nueva forma de onda.
El sistema consta de las siguientes partes: circuito de alimentación, circuito de entrada de señal, circuito de adquisición y preprocesamiento de señal, circuito de almacenamiento de datos, circuito de visualización de datos y circuito de reproducción de formas de onda. El marco del circuito del sistema es el siguiente:
Microcomputadora de un solo chip
Red eléctrica
Conversión de digital a analógico
Visualización de datos ...
Conversión de analógico a digital
Entrada de forma de onda
Figura 1 Diagrama de bloques del circuito del sistema Esquema 1
El chip DAC0832 En el módulo de procesamiento de datos se utiliza un chip integrado de conversión D/A de 8 resoluciones, totalmente compatible con el microprocesador. Este chip DA tiene las ventajas de un espacio reducido, una interfaz sencilla y un control de conversión sencillo, y se utiliza ampliamente en el campo de los microcontroladores. Otro chip utilizado es el ADC0809, que se utiliza ampliamente en microcontroladores. Es una interfaz analógica que acepta cantidades digitales y emite señales de corriente o voltaje correspondientes a las cantidades digitales. Los convertidores D/A se utilizan ampliamente en generadores de funciones de computadora, visualización de gráficos de computadora y sistemas de control que se combinan con convertidores A/D. Este chip es un convertidor D/A de 8 bits con doble búfer desarrollado por American Data Corporation. El chip tiene un pestillo de datos que se puede conectar directamente al bus de datos. Este circuito tiene un excelente rendimiento de seguimiento de temperatura y utiliza interruptores de corriente CMOS y lógica de control para obtener un bajo consumo de energía y un bajo error de corriente de fuga de salida. El chip utiliza una red de resistencias R-2RT para derivar la corriente de referencia para completar la conversión D/A. El resultado de la conversión se emite a través de un conjunto de corrientes diferenciales IOUT1 e IOUT2. Esta solución utiliza una memoria RAM estática de bajo consumo de 32 K 62C256 como módulo de almacenamiento y el regulador de voltaje fijo de tres terminales 7805 como módulo estabilizador de voltaje. El módulo estabilizador de voltaje es un regulador de voltaje integrado de tres etapas de uso común con una salida negativa fija. Voltaje. IC de tres terminales se refiere a un circuito integrado utilizado para la estabilización de voltaje que tiene solo tres salidas de pines, a saber, entrada, tierra y salida.
Se requieren pocos componentes periféricos para usar este regulador y hay circuitos de protección como sobrecorriente, sobrecalentamiento y tubos reguladores en el circuito, lo que lo hace confiable de usar.
La idea de diseño del circuito de entrada y salida de un solo canal seleccionado en la opción 1: la señal se ingresa al convertidor analógico a digital a través del circuito de entrada, la señal analógica se convierte en un señal digital, y luego la señal convertida se envía al dispositivo de control de visualización de almacenamiento, y luego se envía al convertidor de digital a analógico para convertir la señal digital almacenada en una señal analógica, y finalmente la forma de onda recopilada se emite a través del circuito de salida. . El diagrama de bloques es el siguiente:
Circuito de entrada
Canal de entrada
Conversión analógico a digital
Almacenamiento, visualización y control equipo
Circuito de salida
Salida de canal
Digital (palabra)-analógica
Figura 2 Esquema 1 circuito de E/S monocanal diagrama de bloques
2.2 La solución 2 utiliza un chip FPGA como núcleo para controlar la recopilación, el almacenamiento y la reproducción de formas de onda. Se pueden implementar varias memorias en FPGA. Sus funciones programables por hardware permiten a los desarrolladores establecer de manera flexible el ancho de los datos de la memoria, el tamaño de la memoria, la lógica de control de lectura y escritura, etc. , especialmente indicado para diversas ocasiones con requisitos especiales de almacenamiento. Los dispositivos FPGA pueden funcionar a una frecuencia de más de 100 Mbit/s y la velocidad de acceso a la memoria que construyen también puede alcanzar más de 100 Mbit/s. Por lo tanto, la memoria de alta velocidad se puede utilizar en lugares de trabajo donde la cantidad de datos no es suficiente. grande, pero los requisitos de velocidad son altos y el costo es alto. Dado que la conversión A/D y D/A se puede implementar en FPGA, se omiten los circuitos externos de conversión A/D y D/A y la parte de hardware de todo el sistema se reduce mucho, lo que hace que el circuito parezca menos complicado y simple. Diagrama de bloques de la estructura del sistema:
Teclado
Matriz de puertas programables en campo
Conversión de analógico a digital
Conversión de digital a analógico
Rescate
Visualización de forma de onda
Entrada de forma de onda
Figura 3 diagrama de bloques del sistema de la opción 2
El funcionamiento Principio de FGPA FPGA utiliza una matriz de celdas lógicas. El concepto de (LCA) incluye tres partes: bloque lógico configurable (CLB), bloque de entrada y salida (IOB) e interconexión. La matriz de puertas programables en campo (FPGA) es un dispositivo programable. En comparación con los circuitos lógicos tradicionales y los conjuntos de puertas (como los dispositivos PAL, GAL y CPLD), FPGA tiene una estructura diferente. La FPGA utiliza una pequeña tabla de búsqueda (16 × 1 RAM) para implementar lógica combinacional. Cada tabla de búsqueda está conectada a la entrada de un flip-flop D, que controla otros circuitos lógicos o controla E/S, formando así una unidad lógica básica que puede implementar funciones lógicas tanto combinacionales como secuenciales. La lógica de la FPGA se implementa cargando datos de programación en celdas de memoria estática interna. El valor almacenado en la unidad de memoria determina la función lógica de la unidad lógica y la conexión entre módulos o entre módulos y E/S, lo que en última instancia determina las funciones que la FPGA puede implementar. FPGA permite programación ilimitada. La característica de FPGA es que FPGA se utiliza para diseñar circuitos ASIC (circuitos integrados de aplicación específica), para que los usuarios puedan obtener un chip compartido sin producción. La FPGA puede servir como muestra piloto para otros circuitos ASIC totalmente personalizados o semipersonalizados.
Al comparar las dos opciones: FGPA puede tener muchas ventajas, pero es costoso, rápido y no es adecuado para el diseño de circuitos, así que elegí la primera opción porque utiliza una microcomputadora de un solo chip como El control central y el diseño del circuito son fáciles y de bajo costo.