如何使用FPGA進行多通道同步數據采集系統的設計

　　結合數據采集在往復式壓縮機在線監測系統中的應用， 設計了以FPGA（現場可編程門陣列）為核心的邏輯控制模塊的多通道數據采集系統。整個采集系統可實現16 路最大工作頻率為100kHz 的模擬信號的采集。設計中采用了自頂向下的方法， 將FPGA 依據邏輯功能劃分為幾個模塊， 詳細論述了各模塊的設計方法。各邏輯模塊設計使用VHDL 語言， 并在ISE 中完成軟件設計和仿真。

　　數據采集在工業測控領域里有廣泛的應用， 它已成為計算機測控系統的一個重要的環節， 尤其在設備故障監測系統中，由于各種設備的結構復雜， 運動形式多種多樣， 發生故障的可能部位很難確定， 因此我們需要從設備的各個部位來提取大量的、連續的數據作為設備狀態的信息， 以此來分析、判斷設備是否存在故障， 這就需要高速、高性能的數據采集系統來保證采集到的數據的實時性; 同時， 我們需要對同一設備的不同位置的信號進行同步采集， 并借助一些手段來提取特征（例如繪制軸心軌跡圖）以判斷設備的運行狀態。傳統的數據采集系統設計中， 通常采用單片機或DSP 作為主控制器來控制ADC、存儲器及其他相關的外圍電路來工作。但是這些傳統的設計中都存在著一些不足， 單片機的時鐘頻率較低且通過軟件編程來實現數據采集， 難以實現高速、高性能、多通道數據采集系統的要求; DSP 雖然速度快， 但是它更擅長處理復雜的數學運算， 對于數采系統要求的簡單高速的讀寫操作來說， 是一種資源的浪費。而FPGA（現場可編程門陣列）在高速數據采集上具有更大的優點， FPGA 體積小、功耗低、時鐘頻率高、內部延時小、全部控制邏輯由硬件完成， 另外編程配置靈活、開發周期短、利用硬件描述語言來編程， 可實現程序的并行執行、這將會大大提高系統的性能。