多通道多量程数据采集模块设计开题报告

1. 研究目的与意义

数据采集，就是通过采集外部变化的信号并处理成计算机可以识别的信号的过程。数据采集系统，就是计算机控制的由采集模块、转换模块和显示模块构成的系统。数据采集是获取目标信息的最直接和最有效的方法，它研究数据的采集、存储及处理。具有很强的应用性。随着电子技术的不断发展，数据采集技术得到越来越广泛的应用。一开始，人们使用单片机对数据采集系统进行控制，完成数据采样、数据转换。现在，数据采集系统有两个发展趋势，一方面要小型化，美观也便捷；一方面要满足低功耗和高精度的要求。但是，单片机愈来愈无法满足数据采集系统的发展需求。渐渐地，高速率和小型化的fpga开发板渐渐代替了单片机的位置，被用来控制采集系统。同时半导体技术的发展使得电路更加集成化，增强了数据采集的各方面的性能，使其更加完善，从这里我们可以看出，未来数据采集的发展是客观的。

在数字技术的进化历程中，数据采集是非常紧要的一个部分，它是连接计算机与其它器件的纽带。整个系统的性能最终由数据采集系统的性能决定。在电子智能测量技术的高速发展的趋势下，目前，具备实时处理的能力已经是许多处理系统的必备要求。当我们不断提高与原始数据最相似的采集系统的性能的同时，实时处理信号的能力也随之提升。当下，对数据采集有着更具象的发展要求，比如：功耗更低、精度更高、速度更快。在过去的常用电路中，大多是设计成以单片机为核心模块的。越来越高的技术需求催动着技术又好又快地发展。

根据以上所述的情况，本课题针对智能测量的应用要求提出了以下设计方案：设计一种基于高精度（12位以上）模拟-数字转换器件的多通道数据采集电路，该电路通过按键等基本操作控制对被测量的数据进行自动采样、转换、采集并实时处理且显示。在本次设计的系统中，思想上仍旧是按照层次化、模块化的方式，编写verilog hdl语言。这样一来，除了能够实现数据采集的功能，并且也可以根据功能设计要求添加更多的模块，使系统的机动性更强。由此可以看出，此次研究多通道多量程数据采集模块设计有着深远的意义。

2. 研究内容和预期目标

本课题是针对电子测量感知的应用要求，设计一种基于高精度（12位以上）ADC器件，由FPGA控制的多量程数据采集电路，整个电路通过按键等基本操作，控制被测量的数据进行自动采样、转换、采集并实时处理、显示的行为。

本课题设计内容首先需要选择合适的高精度ADC器件和选择配合的主控模块，并且要理解和掌握总线接口时序问题，以及接口控制模块、数据转换模块和显示模块的设计等等。

3. 研究的方法与步骤

《多通道多量程数据采集模块设计》这一课题设计内容主要是设计高精度adc器件的选择、接口时序理解、接口控制模块、信息处理及显示模块的设计等。数据采集模块设计，首先要有小信号模拟量的输入，并且在操作中能切换量程输入，然后通过a/d转换器将采集到的模拟量转换为数字量，再通过显示模块进行相应的处理后输出。设计实现过程中，将选用fpga作为主控模块，模数转换器选用ads1115，通过fpga对ads1115芯片里ic总线接口、数据转换进行控制。本次设计要求是多通道多量程数据采集模块设计，就是在多个量程范围内采集数据，在转换模块中添加判断量程范围的模块，使寄存器能读、写不同量程的模拟量对应的数字量，就能实现要求的功能。具体内容包括：

1. 研究fpga硬件开发环境和软件开发环境，学习基于fpga的设计流程和verilog hdl编程。首先要研究fpga开发板与电路的连接方式和软件开发环境平台，了解verilog hdl编程语言在fpga上的设计和实现，并且学习verilog hdl语言的编写。

2. 选择高精度adc器件，学习其接口时序，设计具体硬件电路。在了解课题需要实现的环境后，查阅资料并选择高精度模数转换器件，选择ads1115，了解其特性和接口的时序，将fpga作为主控模块，模数转换器选用ads1115，通过fpga对ads1115芯片里ic总线接口、数据转换进行控制。

4. 参考文献

[2] 阎石.数字电子技术基础[m].北京:清华大学出版社,1998.

[3] 候伯亨,顾新.verilog hdl硬件描述语言与数字逻辑电路设计[m].西安：西安电子科技大学，2006.

[4] 夏宇闻.verilog数字系统设计教程[m].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

5. 计划与进度安排

2.第3-4周 学习verilog hdl语言、fpga的软硬件开发，学习quartusⅡ软件的用法等。

3.第5-6周 深入学习、理解并掌握verilog hdl语言编程，设计并论证整体硬件电路。

4.第7-8周 编写电路的程序并调试verilog hdl语言程序。