(完整版)基于FPGA的高速数据采集系统设计毕业设计

图5-8 LabVIEW流程图

5.4系统应用界面设计

5.4.1 Lab VIEW

驱动非NI仪器的方法

由于Lab VIEW含有NI公司生产的数据采集卡的接口驱动信息，对于NI公司自己生产的数据采集卡两者可以轻松实现连接，而对于本文设计的数据采集器，Lab VIEW不能直接驱动。为实现两者的通信，需要编写相应的驱动程序使之被Lab VIEW所识别，利用Lab VIEW软件平台提供的DLL接口，通过调用编写的动态链接库((CLF)方式实现上位机与USB接口的通信功能。

5.4.2动态链接库的编写及调用

Lab V IEW作为开放式开发软件，提供了DLL接口，并提供对对象连接

和嵌入技术的支持，用户可以在Lab VIEW上调用第三方软件平台编译设计的模块，本文针对课题设计中应用的USB控制器CY7C68013设计了相应的DLL模块，并在Lab VIEW开发环境下成功调用该DLL模块，实现了Lab VIEW上位机与数据采集器的数据通信。

DLL是在程序运行时与库文件链接在一起的，在Lab V IEW中调用编写的动态链接库是通过使用Call Library Function Node这个子VI来完成的，具体方法如图_5-9所示。

图5-9 Call Library Function Node配置图

编制DLL实现读USB控制器的读入数据函数如下，函数的功能是实现上位机从采集器的USB接口读取数据。

Int Read_ Data(unsigned char recebuff, int length, int overtime=-2）

Read_Data:表示函数名称， recebuff:表示读入的数据缓冲区， length:缓冲区接收数据的长度，

overtime:等待超时时间，为-2表示一直等待， 读取成功结果是字节数，否则返回值为-2。 5.4.3程序主界面

系统主界面是人机交互连接的界面。系统运行时它调用软件的内部模块来完成工作，编制的程序主界面如图5-10。

图5-10系统主界面

5.4.4程序面板的编制

系统的软件设计采用数据库访问方式，应用数据库访问技术，可以创建应用数据库来管理测试任务、存储测试数据和比较测试结果的显示界面。利用自己已编制的DLL访问数据库，可以很好的实现上位机和USB接口的无缝链接。上位机软件界面包含数据采集部分、波形显示功能部分和数据处理部分组成，通过这三个功能模块实现采集的数据在上位机界面中显示和分析。

数据采集部分通过调用已编制的DLL实现与CY7C68013的USB控制器的连接，它起到从数据采集器读取采集的数据并反馈控制命令给采集器。是整个上位机界面的核心，数据采集界面设计框图如图5-11。

图5—11数据采集框图

数据存储模块是基于数据库的数据处理功能，应用LabVIEW将测试结果另存为文本、电子表格或二进制文件，把电压相关参数如周期、频率、均值等测量并显示结果。图5-12是数据存储模块的结构框图。

图5-12数据存储模块框图

波形显示模块提供图形化实时动态显示功能，利用LabVIEW完善的交互

式界面设计能力，本文设计的波形显示框图如图5-13所示。

图5-13波形显示框图

结 论

本文在深入了解高速数据采集系统设计，可编程逻辑器件FPGA, USB和数据转换等相关理论的基础上，基于实际工作需要，采用Altera的FPGA芯片EP1C3T144和FX2的CY7C68013单片机设计完成了一个基于FPGA的高速数据采集系统。应用可编程门阵列和单片机协同工作的方式，充分发挥两者的优点，使系统体积小、性能稳定，具有较高的性价比。 本文主要工作内容和研究成果如下:

1.根据应用需求和数据采集理论，提出了系统的总体实现方案。分硬件和软件两部分，以Altera的可编程芯片EP1C3T144作为系统的核心控制单元，全部控制逻辑由FPGA时序控制，采用CY7C68013的USB2.0接口实现与上位机的通信，FPGA和单片机协同工作，具有一定的通用性。 2.根据总体设计方案实现了高速数据采集系统的硬件设计。包括信号调理电路、模数转换电路、FIFO存储电路、FPGA下载配置电路、电源电路和USB通信接口电路的设计与实现。

3.完成了系统软件设计。主要工作包括用VHDL实现FPGA的时钟模块、ADC控制模块、FIFO控制模块和USB接口控制模块的时序逻辑控制;采用LabVIEW设计上位机界面实现人机交互功能，重点论述了上位机界面中数据采集模块、波形显示功能和数据读取部分的LabVIEW实现，用C语言编制LabVIEW平台与USB通信的动态链接库(DLL，以及加载驱动DLL的方法。 4.对系统软硬件进行了调试。在系统软件调试中，对于VHDL语言编写的时序控制模块进行了相应的时序仿真波形验证，进行了LabVIEW主机应用程序功能验证;通过对系统硬件调试，确保了电路板的装配质量和供电稳定。

5.组建系统后，利用函数发生器进行了系统的性能测试，对系统的幅