摘 要

数据采样是信号与信息处理的重要部分，随着信息技术和高速互联技术的高速发展。人们面临信号处理的速度和精度要求也在提升。高速采样技术应运而生。现在，高速采样技术主要运用于通信、雷达、声呐、电子学频谱、语音和图像处理等实用性的领域。现阶段，随着微电子技术的快速发展，高速采样技术的速率也在不断提升，目前我国一般使用的高速采样的速率一般在200KS/s~100MS/s，分辨率16bit~24bit，但是目前国内外最先进的高速采样的速率能够达到几GS/s甚至几十GS/s。但是由于现在的单片高速采样的芯片成本过高，以及分辨率不是很好，因此现在一般都采样多通道低速采样，来达到高速采样的目的。采用多通道的技术来实现高速采样就需要一个中央控制单元。近年来FPGA技术有了长足的发展，而且它的应用也越来越广泛，由于它具有高集成度、高速、可编程等优点，大大提高了高速采样的可靠性、抗干扰性、灵活性、便于数据的传输以及处理的特点。基于FPGA具有很高的实用性价值和广泛的应用前景，把它作为高速采样控制的核心部分是一个比较好的选择。本文主要的研究内容如下：

多通道采样控制模块的研究。利用AD7892通过有限状态机的方式进行周期采样，并且利用FPGA设计了通道选择模块并进行了仿真，以及A/D采样控制模块的研究。完成了基于FPGA的多通道采样控制。

数据处理模块的研究。利用FPGA实现FFT的一种设计思想，实现蝶形处理单元中的旋转因子乘法器的研究，并利用旋转因子乘法器进行蝶形运算单元的仿真。

本文研究结果表明，虽然通过FPGA的控制去完成高速采样得到的信号波形有些许毛刺，但是总体来说能够达到高速采样的目的。

关键词：高速采样；FPGA；A/D；数据处理

Abstract

Data sampling is an important part of signal and information processing,with the rapid development of information technology and high speed Internet technology.The speed and accuracy of signal processing are also required.This produced a high speed of sampling technology.Nowadays,High speed sampling technology mainly used in communication, radar, sonar, electronic frequency, voice and image processing fields.At this stage, with the rapid development of microelectronic technology, high-speed sampling rate is also rising. At present, China's general use high-speed sampling rate generally in 200KS/s~100MS/s, resolution 16bit~24bit, but the most advanced high-speed sampling rate can reach several GS / s or even dozens of GS / S.However, due to the high cost of single chip high-speed sampling, and the resolution is not very good, so now generally sampling multi-channel low speed sampling, to achieve the purpose of high-speed sampling.Using multi - channel technology to achieve high - speed sampling requires a central control unit. In recent years, FPGA technology has made great progress, and its application is more and more extensive,because it has the advantages of high integration, high speed, programmable and so on,It greatly improves the reliability, anti-jamming, flexibility, and easy data transmission and processing of high speed sampling.Based on the FPGA has a very high practical value and broad application prospects,Regard it as a core part of high speed sampling is a relatively good choice.The main research contents of this paper are as follows:

Study of multi-channel sampling control module.Using AD7892 to carry out periodic sampling,and the channel selection module is designed by using FPGA and the simulation is carried out.and the design of A/D sampling control module.The multi-channel sampling control based on FPGA is completed.

Research on data processing module. Using FPGA to achieve a design idea of FFT, the butterfly processing unit in the study of the rotation factor multiplier, and the use of a rotating factor multiplier for butterfly operation unit simulation.

In this paper, the results show that although through the control of FPGA to complete the high-speed sampling of the signal waveform obtained some of the burr, but in general, can achieve the purpose of high-speed sampling.

Key Words：High speed sampling；FPGA；A/D；data processing

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 4

1.1 研究的目的及意义 4

1.2 国内外的现状 5

1.3论文的内容安排 6

第2章 高速采样基本理论分析 7

2.1 信号采样理论 7

2.1.1 Nyquist采样定理 7

2.1.2 带通采样定理 8

2.2采样方式 8

2.2.1实时采样 8

2.2.2等效采样 9

2.3 FPGA技术 10

2.3.1 FPGA常用的开发软件 10

2.3.2 FPGA的设计流程 11

2.4 基于FPGA的数据采集系统的结构 13

2.5本章小结 13

第3章 高速采样系统的研究 14

3.1 等效采样技术的研究 14

3.2 通道选择模块 15

3.3 AD7892控制部分 15

3.3.1有限状态机的介绍 16

3.3.2 有限状态机的设计 17

3.4 FFT算法模块 19

3.4.1 FFT算法基本思想 20

3.4.2 基2FFT算法 20

3.4.3旋转因子乘法器 24

3.4.4 蝶形运算单元 25

3.5本章小结 26

第4章.总结与展望 27

4.1总结 27

4.2 展望 27

参考文献 28

致 谢 29

第1章 绪论

1.1 研究的目的及意义

近些年，因为社会的发展以及科学技术得到进步，信号处理技术也已经非常普遍的运用于人类生活的各个领域之中，现如今数字信号处理技术已经变成了信号处理领域的主力了。在同一时间作为数字信号处理的重要前提——数据采样也在得到了长足的发展。数据采样指的的本质就是将位移、角度、流量、压力、温度等一系列的模拟信号量通过ADC转变成数字信号量。再通过计算机实现存储、处理、显示、或是打印的过程。

因为科技的快速发展，数据采集系统的应用也非常普及了。在工业生产中，使用数据采集技术可以对相应工业现场的各种参数实现采集、监测、和记录。数据采集技术也可以应用于得到许多的原始动态信息，是研究动态过程的一个重要工具，也是得到自然奥秘的一个有力方法。随着科技的进步，各式各样的数字化产品如雨后春笋般出现为我们的日常生活和科学研究提供了相当大的便利。数字化受人们青睐是因为他们具有两大优势：1.数字信号处理起来相当的方便和灵活。2.数字系统是非常稳定和可靠的。