基于AVR和CPLD的高速数据采集系统

文章摘要：2．1 控制A／D转换程序设计根据控制存储的要求，首先要设计控制A／D转换的状态机，用来确定A／D转换的状态，根据MAXl308工作时序特点而设计的控制A／D转换的状态机转换图如图4所示。实现控制A／D转换的状态机部分主要VHDL程序源代码如下：将程序下载至CPLD中运行调试，经过对电路的调试和测量，控制8通道A／D同时转换的状态机产生的示波器时序波形如图5所示，其中，0、1、2、3、4分别对应的是图3中的CONVST、EOC、EOLC、CS、RD，而第5通道是对FIF0的写信号。从示波器显示的波形图可以看出产生的8个连续的脉冲对应位置完全满足图3所要求的时序要求，也就是说在控制器同时控制8路

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　　2．1 控制A／D转换程序设计

　　根据控制存储的要求，首先要设计控制A／D转换的状态机，用来确定A／D转换的状态，根据MAXl308工作时序特点而设计的控制A／D转换的状态机转换图如图4所示。实现控制A／D转换的状态机部分主要VHDL程序源代码如下：

　　将程序下载至CPLD中运行调试，经过对电路的调试和测量，控制8通道A／D同时转换的状态机产生的示波器时序波形如图5所示，其中，0、1、2、3、4分别对应的是图3中的CONVST、EOC、EOLC、CS、RD，而第5通道是对FIF0的写信号。从示波器显示的波形图可以看出产生的8个连续的脉冲对应位置完全满足图3所要求的时序要求，也就是说在控制器同时控制8路信号的采集时不会出现时序混乱的情况。由此可知，采用本系统中设计的采集程序可以实现同时采集的要求，并且根据采集的脉冲宽度分析可知该系统能满足采集速度为10 Mb／s的设计要求。

　　2．2 控制Flash存储程序设计

　　4个Flash存储器的流水线工作原理如图2所示，对单独的每一片Flash来说每一次存储都是在上一次存储过程中加载完成后进行，而对于由4片Flash存储器组成的整个系统，它一直在加载存储数据，这样可以保证存储速度大于采集速度，从而保证存储过程中不会因单片Flash存储速度慢而造成丢失数据。实现Flash存储的主要程序：

　　在数据加载期间本系统应采用DMA传输控制方式，即：每当FIF0的半满标志信号HF产生一次有效电平时，ATmegal62就启动一次中断，在中断程序中，ATmegal62将产生NAND Flash命令和有效地址，以及启动DMA控制器。一旦DMA控制器启动，ATmegal62就将转入后台进行有效地址的运算等，从而参与数据传输过程，整个数据从FIFO到Flash存储器的传输过程是由CPLD内部编写的DMA控制器控制完成。启动一次DMA控制器传输一页2048个字节的数据，一次中断完成16 K字节的传输。其示波器时序如图6所示：第0，1，2，3通道是FIF0的读数据时序波形，第4通道是Flash的写通道时序波形。

　　3 结论

　　通过使用AVR和CPLD编程，设计实现了一种成本低且可实现10 Mb／s以上并行采集数据率的高速数据采集存储系统。在分析MAXl308特性及转换时序的基础上，设计完成了A／D转换器及其外围电路，并通过调试可知时序稳定。通过VHDL语言实现了采集模块、控制与存储模块和Flash存储功能。在完成硬件连接后调试，试验结果显示，该设计能够实现低成本高速采集，多路同时采集速度大于10 Mb／s采集系统，具有一定的实用价值。

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