用CPLD／FPGA设计A／D采样控制器

逻辑设计中的FPGA与CPLD技术应用在现代电子行业中，逻辑设计是一个至关重要的环节。

FPGA （Field-Programmable Gate Array）和CPLD（Complex Programmable Logic Device）技术作为两种主要的可编程设备，已经在逻辑设计中广泛应用。

它们具有灵活性、可编程性以及高度集成的特点，使得它们在各种应用领域中扮演着重要的角色。

一、FPGA技术应用FPGA是一种可编程逻辑器件，其内部可通过编程实现各种逻辑功能和数字电路设计。

FPGA通常由可编程逻辑单元（CLB）、输入输出引脚和输入输出模块等部分构成。

其设计过程包含RTL（Register-Transfer Level）描述、综合、布局布线以及配置等环节。

1. 通信与网络领域在通信领域，FPGA被广泛应用于协议转换、调制解调器设计以及网络加速器等方面。

由于FPGA的可编程性，可以根据需要灵活配置不同的协议，实现不同网络之间的无缝对接。

2. 数字信号处理（DSP）领域在数字信号处理领域，FPGA被广泛应用于图像处理、音频处理以及实时数据处理等方面。

由于FPGA具有并行处理的能力，能够同时处理多个数据流，因此在实时性要求较高的应用中表现出色。

3. 汽车电子领域在汽车电子领域，FPGA被广泛应用于汽车控制单元（ECU）和车载娱乐系统等方面。

由于汽车电子应用对可靠性和安全性要求较高，FPGA的可编程性以及自适应性能使其成为理想的选择。

二、CPLD技术应用CPLD是一种更小规模的可编程器件，与FPGA相比，CPLD通常更适用于复杂逻辑功能的实现。

CPLD通常由可编程逻辑阵列（PLA）、输入输出引脚以及输入输出缓冲区组成。

1. 控制系统领域在控制系统领域，CPLD被广泛应用于逻辑控制器的设计。

由于CPLD具有高速、低功耗以及可靠性强的特点，被广泛应用于各类自动化控制系统中。

2. 电源管理系统领域在电源管理系统领域，CPLD被广泛应用于电源管理单元（PMU）的设计。

技术创新ＰＬＤＣＰＬＤＦＰＧＡ应用您的论文得到两院院士关注基于ＦＰＧＡ的Ａ／Ｄ转换采样控制模块的设计ＡＤｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＡ／ＤＣｏｎｖｅｒｔｉｏｎＳａｍｐｌｉｎｇＣｏｎｔｒｏｌＭｏｄｕｌｅＢａｓｅｄｏｎＦＰＧＡ（内蒙古工业大学）户国强房建东郭春兰ＨＵＧｕｏ－ｑｉａｎｇＦＡＮＧＪｉａｎ－ｄｏｎｇＧＵＯＣｈｕｎ－ｌａｎ摘要：本文采用ＦＰＧＡ器件ＥＰ１Ｃ６Ｔ１４４Ｃ８芯片代替单片机控制Ａ／Ｄ转换芯片ＡＤＣ０８０９进行采样控制，整个设计用ＶＨＤＬ语言描述，在ＱｕａｒｔｕｓⅡ平台下进行软件编程实现正确的Ａ／Ｄ转换的工作时序控制过程，并将采样数据从二进制转化成ＢＣＤ码。

本设计可用于高速应用领域和实时监控方面。

关键词：ＦＰＧＡ；Ａ／Ｄ转换；ＶＨＤＬ；采样控制；ＢＣＤ码中图分类号：ＴＮ９１１．７５文献标识码：ＡＡｂｓｔｒａｃｔ：ＢｙｕｓｉｎｇＦＰＧＡｄｅｖｉｃｅＥＰ１Ｃ６Ｔ１４４Ｃ８ａｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｏｆＡ／ＤｃｏｎｖｅｒｔｅｒＡＤ０８０９ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｔｈａｔｔａｋｅｔｈｅｐｌａｃｅｏｆＭＣＵ．ＴｈｅｗｈｏｌｅｄｅｓｉｇｎｉｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄｉｎｔｈｅＶＨＤＬ．ＣａｒｒｙｉｎｇｏｕｔｔｈｅｓｏｆｔｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｕｎｄｅｒｔｈｅＱｕａｒｔｕｓⅡｐｌａｔｆｏｒｍｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｓｅｑｕｅｎｃｅｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆＡ／ＤｃｏｎｖｅｒｔｅｒａｎｄｃｈａｎｇｅｔｈｅＢｉｎａｒｙｎｕｍｂｅｒｉｎｔｏｔｈｅＢＣＤｃｏｄｅ．Ｉｔｃａｎｂｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｉｅｌｄａｎｄｔｈｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙｃｏｎｔｒｏｌａｓｐｅｃｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＦＰＧＡ；Ａ／Ｄｃｏｎｖｅｒｔｉｏｎ；ＶＨＤＬ；ｓａｍｐｌｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌ；ＢＣＤｃｏｄｅ文章编号：１００８－０５７０（２００８）０７－２－０２２９－０２在以往的Ａ／Ｄ器件采样控制设计中，多数是以单片机或ＣＰＵ为控制核心，虽然编程简单，控制灵活，但缺点是控制周期长，速度慢。

基于fpga的adc采样控制电路设计FPGA（现场可编程门阵列）是一种高度可编程的数字电路设计工具，可用于实现各种应用。

ADC（模拟数字转换器）是一种电子设备，用于将模拟信号转换为数字信号。

在本文中，我们将设计一个基于FPGA的ADC采样控制电路。

首先，我们需要选择一个合适的ADC芯片，以满足我们的需求。

ADC芯片通常具有不同的分辨率（以位为单位）和采样速率（以样本/秒为单位）。

选择适当的芯片将取决于被测信号的频率范围和精度要求。

一旦我们选择了ADC芯片，我们可以开始设计采样控制电路。

ADC采样控制电路的主要任务是控制ADC芯片的采样频率和采样精度。

首先，我们需要使用FPGA来生成一个时序信号，用于控制ADC芯片的采样。

此时序信号应具有适当的频率，以保证ADC芯片的采样和转换过程正常运行。

然后，我们需要将ADC芯片的采样结果传递给FPGA。

为此，我们可以使用串行通信接口（如SPI或I2C），在ADC芯片和FPGA之间建立一个数据通道。

通过该通道，ADC芯片的采样结果将传输到FPGA中进行后续处理。

一旦ADC芯片的采样结果进入FPGA，我们可以进行进一步的数字信号处理。

我们可以使用FPGA内部的逻辑电路和存储器来实现数字滤波、数字滤波等功能。

这些功能可以根据特定应用的需求进行定制。

最后，我们可以将FPGA处理后的数字信号输出到外部设备（如计算机）或其他电路中。

这些输出信号可以用于进一步分析、控制或存储。

总之，基于FPGA的ADC采样控制电路是一种常见的电路设计方法，可用于实现各种实时信号处理和控制应用。

通过适当选择ADC芯片和设计有效的采样控制电路，我们可以在FPGA上实现高性能、低功耗的ADC系统。

这种设计方法具有灵活性和可扩展性，适用于各种应用领域，如通信、医疗、工业控制等。

课程名称：数据采集与智能仪器姓名：学号：班级：《数据采集与智能仪器》课程考核（大作业）武汉理工大学信息学院参考书赵茂泰《智能仪器原理及应用》（第三版）电子工业出版社程德福《智能仪器》（第二版）机械工业出版社第1章概述本章要求掌握的内容：智能仪器分类、基本结构及特点、智能仪器设计的要点考试题（10分）1 智能仪器设计时采用CPLD/FPGA有哪些优点？第2章数据采集技术本章要求掌握的内容：数据采集系统的组成结构、模拟信号调理、A/D转换技术、高速数据采集与传输、D/A转换技术、数据采集系统设计考试题（30分）1 设计一个MCS-51单片机控制的程控增益放大器的接口电路。

已知输入信号小于10mv,要求当输入信号小于1mv时，增益为1000，而输入信号每增加1mv时，其增益自动减少一倍，直到100mv为止。

（15分）评分标准：正确设计硬件电路图（5分）；正确编写控制程序（5分）；完成仿真调试，实现基本功能（5分）；2 运用双口RAM或FIFO存储器对教材中图2-22所示的高速数据采集系统进行改造，画出采集系统电路原理图，简述其工作过程。

（15分）评分标准：正确设计硬件电路图（10分）；正确描述工作过程（5分）；第3章人机接口本章要求掌握的内容：键盘；LED、LCD、触摸屏考试题（30分）1 设计8031单片机与液晶显示模块LCM-512-01A的接口电路，画出接口电路图并编写上下滚动显示XXGCXY(6个大写英文字母)的控制程序（包含程序流程图）。

评分标准：正确设计硬件电路图（10分）；正确画出程序流程图（5分）；正确编写控制程序（5分）；完成仿真调试（10分）第4章数据通信本章要求掌握的内容：RS232C、RS485串行总线，USB通用串行总线，PTR2000无线数据传输考试题（30分）1 设计PC机与MCS-51单片机的RS232C数据通信接口电路（单片机端含8位LED 显示），编写从PC机键盘输入数字，在单片机的6位LED上左右滚动显示的通信与显示程序。

A/D高速采样控制器设计高速A/D转换应用于视频处理、医学影像、高速数据转换等领域，本设计以TI公司的TLC5510为例介绍CPLD控制高速A/D转换进行数据采集。

TLC5510是一种采样精度为8位，转换速度高达20MSPS(兆次/秒)的A/D转换芯片。

采用CMOS工艺制造，图1为TLC5510的管脚图图1 TLC5510管脚图引脚功能如下：OE为输出使能端；DGND、VDDD为数字地和数字电源；D1—D8为转换数据输出；CLK为时钟信号输入；AGND、VDDA为模拟地和模拟电源；REFT、REFTS、REFB、REFBS为参考电压基准输入。

TLC5510功能块框图图2 TLC5510功能块框图TLC5510的采样时序图TLC5510在每个时钟周期都启动一次采样，完成一次采样；每次启动采样在时钟的下降沿开始，转换结果在2.5个时钟周期后输出；当连续采集数据时，每个时钟的下降沿A/D都会输出一个采样数据。

图3 采样时序图图4 内部功能的时序图利用TLC5510内部的三个电阻R1、R REF、R2产生内部参考电压REFTS、REFT、REFB、REFBS，可以允许变化范围为2V的采样电压输入。

电路连接参考图5。

图5 利用内部电阻提供参考电压如果不利用TLC5510的内部电阻分压提供参考电压，可以通过外部提供一个4V的参考电压，此时采样电压的输入范围为4V。

电路连接参考图6。

图6 利用外部输入提供参考电压模拟输入电压范围为VREF(B)—VREF(T)对应的数字量输出如图7所示：图7 功能表应用电路参考图8：图8 TLC5510的应用电路参数配置如图9：图9 电路参数配置系统框图如图10所示：数据采样模块为TLC5510，数据存储模块为LPM_RAM_DP，地址产生器模块为ADDR。

采样模块TLC5510的输出ADCK为TLC5510提供采样时钟，ADOE为TLC5510的输出使能一直有效，DA TA[7..0]为采样数据输出连接到数据存储模块的输入端DA TA[]，DCLK为DATA的同步时钟为地址产生器提供计数脉冲；地址产生器的地址输出连接到wraddress[]从零开始，当采样模块输出一个数据存储到RAM中后，DCLK 输出一个脉冲使地址加一，连续采集1024个数据进行存储；LPM_RAM_DP为双端口RAM读写相互独立，输入地址ADDR[9..0]到LPM_RAM_DP的读地址rdaddress[]端则相应的数据就从q[7..0]输出了。

以FPGA 为核心控制A/D 转换器来完成的数据采集系统设计详解弹丸飞行速度的测量是武器系统各种运动参数中一项至关重要的内容，它是衡量火炮特性，弹药特性和弹道特性的一个重要指标。

在众多的弹丸速度测量系统中.激光光幕区截测速靶以其精度高而独具优势。

但采用现成的数据采集卡进行数据采集。

不仅成本高，而且易受机箱等环境的限制。

介绍了一种以咏为核心的数据采集系统.当子弹穿过光幕靶时，光电探测器获得弹丸过靶信号.FPGA 控制A /D 转换器进行信号采集并存储。

以供后续分析和处理。

1激光测速靶原理简介激光测速靶就是一种利用光测法测量弹丸速度的测试装置。

它由初速靶和存速靶组成，初速靶和存速靶又分别由启动靶和停止靶组成。

激光测速靶的光源为半导体激光器,激光束经准直、柱面反射镜的扩柬形成人射光幕.弹丸依次过靶时.先后遮挡部分入射光线。

经原向反射屏反射后由光电探测器获取弹丸过靶时的交变信号。

信号调理后，由数据采集电路进行采集.最后传输到上位机做数据处理和运算得出子弹的飞行速度。

≡≡自动脉冲信K p T=11"1—"ffiι谶光测速品卜'./咨示盘视2数据采集方案为记录子弹在启动靶和停止靶的过靶信号，以启动靶信号为触发源，负延时触发FPGA 控制2个A/D 转换器同步进行数据采集，将采集到的数据分别存储至IJS 幽中，然后通过USB 依次将SRAM 中的数据传输到上位机进行信号的分析和处理。

单通道数据采集方案如图2所示。

子弹 停止Ie一中…光电:短］［）电转慢I 光电转帙放大电路放大电路I 放大电路放大电路3器件选型及依据3.1FPGA的选择FPGA是英文Fie1dProgrammab1eGateArray的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PA1、GA1>迺等可编程器件的基础上进一步发展的产物。

它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

摘要本系统中主要运用了电路编辑、VHDL语言来设计，并配合Altera 公司的MAX+PLUSII软件进行仿真调试，该软件完全集成化，易学易用，它可以在多种平台上运行。

在设计本系统时，将其分解为若干个子系统。

子系统再分解为一个个功能独立的模块，这些模块经过设计、仿真、功能正确后，像拼积木似的根据需要进行不同的拼接，完成特定的功能。

运用可编程逻辑器件，是不仅能在短时间里完成计划任务，而且能使系统的速度更快，体积更小，重量更轻，功耗更少，加密性能更可靠，满足现代电子发展的需要。

本系统主要设计的是键盘扫描电路，数码显示电路，A/D、D/A控制器电路，然后运用可编程逻辑器件进行硬件验证。

关键词： VHDL 模块仿真AbstractThis system make use of primarily the electric circuit edits, the language of VHDL to design, and match with the company of Altera MAX+PLUSII software proceeds to imitate to really adjust to try, that software gathers completely, is easy to be learned and used easily, it can run on various platform.While designing the system, it is septrated from some sub-system. The sub-system resolves to an again independent mold in function in each piece, these moldses piece through design, imitate true, function right empress, resemble put together the wooden blocks according to need to be proceeded to put together to connect differently, complete the particular function.The programmable logic in application apparatus can not only complete to plan the mission within short time, but also can make system speed is sooner, the physical volume is smaller, the weight is lighter, the power is less, encrypt the function is more dependable.it satisfy the demand of the modern electronics development.This system designs primarily is a keyboard to scan the electric circuit, number display, A/ D, D/ A controller circuit, then we make use of the programmable logic apparatus which proceeding the hardware the verification.Key words: VHDL,Module,Really- Imitate目录第一章绪论 (1)1.1引言 (1)第二章VHDL语言的概述 (3)2.1VHDL语言的概述 (3)2.2VHDL语言特性 (3)2.3VHDL语言的基本结构 (4)第三章EPM7128S芯片简介 (5)第四章CPLD/FPGA实验平台设计 (7)4.1CPLD实验平台功能概述 (7)4.2CPLD实验平台功能模块及VHDL程序设计说明 (8)4.2.1键盘显示VHDL程序设计 (8)4.2.2A/D采样控制器设计及VHDL程序设计说明 (27)4.2.3D/A接口电路与波形发生器设计 (30)结论 (33)致谢 (34)主要参考文献 (35)第一章绪论1.1引言随着技术的发展，电子信息类产品的开发研制出现了两个趋势：开发的复杂程度加深和产品面世的时限紧迫。

2006年10月重庆文理学院学报(自然科学版)Oct 1,2006　第5卷　第4期Journal of Chongqing University of Arts and Sciences (Nature Sciences Edition )V ol 15　N o 14Ξ基于FPG A 的高速并行A ΠD 采样控制电路的设计杨守良(重庆文理学院　物理与信息工程系,重庆　永川　402160)[摘　要]给出了一种基于FPG A 的高速并行A ΠD 采样控制电路的设计方法1该电路能与各种单片机系统进行友好连接,能够实现高速A ΠD 采集转换和转换后的数据存取.文中以ADC0809为例,详细介绍了含有FIFO 存储器的A ΠD 采样控制电路的设计方法,并给出了A ΠD 采样控制电路的VH D L 源程序和整个采样存储的顶层电路原理图.[关键词]FPG A ;ADC0809;控制电路;设计方法[中图分类号]TP274　[文献标识码]A [文章编号]1671-7538(2006)04-0052-031　引言在计算机控制电路中,常常需要采集各种模拟量信号,并对它们进行模数转换,将外部设备的模拟信号转换成数字信号,以便计算机进行加工处理1在很多情况下,计算机应用系统中用普通MC U (如51、196等单片机或控制型DSP )是可以完成系统任务的.但随着数字信号处理技术的快速发展,在一些由单片机构成的较小系统中,对信号进行实时处理要求最底层的数据采集系统必须具有更高的采样速率,同时能提供更丰富的原始数据信息.然而,采集系统的采样速率不仅与A ΠD 转换器的转换速率等因素有关,同时还与数据传送方式密切相关.通常的数据传送方式有两种:第一种是由单片机直接控制的数据传送方式;第二种是DM A 控制的数据传送方式.这两种数据传送方式由于要受到指令执行时间和CPU 时钟的限制,因此,其采样速率一般都不超过MH z 级.本设计项目是利用FPG A 直接控制ADC0809对模拟信号进行采样,然后将转换好的8位二进制数据迅速存储到FPG A 内部的FIFO 存储器中1在完成对模拟信号一个周期的采样后,由外部电路系统将存储器中的采样数据读出处理.FIFO 更适合于用作A ΠD 采样数据高速写入的存储器,因为FIFO 的写入时间只有一个时钟周期,因此本设计采用了LP M —FIFO 作为采样存储器.2　并行A ΠD 转换芯片0809的采样控制电路的设计方法图1　ADC0809工作时序2.1　ADC0809工作时序分析ADC0809的工作时序如图1所示1ST ART 是转换启动信号,高电平有效;A LE 是3位通道选择地址(ADDC 、ADDB 、ADDA )信号的锁存信号.当模拟量送至某一输入端,由3位地址信号选择,而地址信号由A LE 锁存;E OC 是转换情况状态信号,当启动转换约100μs 后,E OC 产生一个负脉冲,以示转换结束;在E OC 的上升沿后,若使输出使能信号OE 为高电平,则控制打开三态缓冲器,把转换好的8位数据结果输送至数据总线.至此ADC0809的一次转换结束了.2.2　ADC0809采样控制电路的设计方法根据ADC0809工作时序,就可以利用VH D L 语言编写ADC0809的控制电路程序,其源程序的结构体部分如下:ARCHITECT URE behav OF ADCY D L ISTY PE states IS (st0,st1,st2,st3,st4,st5,st6);SIG NA L current —state ,next-state :states :=st0;SIG NA L REG L :ST D —LOGIC —VECT OR (7DOW NT O 0);25Ξ[收稿日期]2006-05-15[作者简介]杨守良(1970-),男,重庆铜梁人,工程师,主要从事现代电子设计研究工作.SIG NA L LOCK:ST D—LOGIC;BEGI NADDA<=‘1’;LOCK1<=LOCK;PRO:PROCESS(current—state,E OC)BEGI NC ASE current—state ISWHE N st0=>A LE<=‘0’;ST ART<=‘0’;OE<=‘0’;LOCK<=‘0’;next—state<=st1;WHE N st1=>A LE<=‘1’;ST ART<=‘0’;OE<=‘0’;LOCK<=‘0’;next—state<=st2;WHE N st2=>A LE<=‘0’;ST ART<=‘1’;OE<=‘0’;LOCK<=‘0’;next—state<=st3;WHE N st3=>A LE<=‘0’;ST ART<=‘0’;OE<=‘0’;LOCK<=‘0’;IF(E OC=‘1’)THE N next—state<=st3;E LSE next—state<=st4;E ND IF;WHE N st4=>A LE<=‘0’;ST ART<=‘0’;OE<=‘0’;LOCK<=‘0’;IF(E OC=‘0’)THE N next-state<=st4;E LSE next—state<=st5;E ND IF;WHE N st5=>A LE<=‘0’;ST ART<=‘0’;OE<=‘1’;LOCK<=‘0’;next—state<=st6;WHE N st6=>A LE<=‘0’;ST ART<=‘0’;OE<=‘1’;LOCK<=‘1’;next—state<=st0;WHE N OTHERS=>A LE<=‘0’;ST ART<=‘0’;OE<=‘0’;LOCK<=‘0’;next—state<=st0;E ND C ASE;E ND PROCESS PRO;PROCESS(C LK)BEGI NIF(C LK’E VE NT AND C LK=‘1’)THE Ncurrent—state<=next—state;E ND IF;E ND PROCESS;PROCESS(LOCK)BEGI NIF LOCK=‘1’AND LOCK’E VE NT THE N REG L<=D;E ND IF;E ND PROCESS;Q<=REG L;E ND behav;2.3　对设计电路进行仿真测试利用QuartusII对其进行文本编辑输入、编译和仿真测试,得到ADC0809芯片控制电路的仿真波形,其仿真波形如图2所示1由此可见,设计已满足ADC0809各控制信号的要求.最后进行引脚锁定并下载到FPG A目标器件中进行测试,以验证设计的电路对ADC0809的控制功能.图2　ADC0809仿真波形图3　采样存储电路的设计方法采样存储电路采用lpm—FIFO参数化宏功能块,它有一个输入和一个输出共用端口,其输入端口连接ADC0809采样输出端.它的输出端连接在CPU的数据总线上,用于CPU需要读取数据时使用.其设计的顶层电路图如图3所示.AD—35FIFO的工作分两个阶段,即采样阶段和数据读取阶段.在前一阶段,输入控制信号WR—E N为高电平,C LK使能,读请求rdreq禁止.在某一采样周期中,当转换结束后,ADC0809的8位数据出现在数据总线D[7..0]上时,由ADCI NT发出的LOCK信号的上升沿将总线上的数据锁存进FIFO2中.在完成一个或数个输入模拟信号周期采样后进入数据读取阶段.在数据读取阶段中,WR—E N被置为低电平,FIFO2的读写时钟C LOCK通过M UX由RD—E N控制,在它的每一个上升沿, FIFO2中的数据将一一出现在端口Q[7..0]上.图3　ADC采样控制存储电路顶层电路图4　结语在整个系统设计过程中,数据采集与数据传送独立于CPU,选用FPG A作为采样控制电路和采样后的数据存储电路.因此,这种方式摆脱了CPU时钟的限制,这样数据采集、数据传送可以同时进行,从而大大提高了采集与传送的速度.[参考文献][1]S tefan S joholm,Lennart Lindh.边计年,薛宏熙,译.VH D L设计电子线路[M].北京:清华大学出版社,2000.[2]潘松,黄继业,王国栋.现代DSP技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2003.[3]潘松,黄继业.E DA技术实用教程[M].北京:科学出版社,2002.[4]徐志军,徐光辉.CP LDΠFPG A的开发与应用[M].北京:电子工业出版社,2002.[5]包明,赵明富,陈渝光.E DA技术与数字系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.[6]褚振勇,翁木云.FPG A设计及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2002.[7]林明权.VH D L数字控制系统设计范例(第1版)[M].北京:电子工业出版社,2003.[8]侯伯亨,顾新.VH D L硬件描述语言与数字逻辑电路设计(第1版)[M].西安:西安电子科技大学出版社,1999.The Design of the AΠD Sampling Control Circuit B asing on the H igh Speed Simultaneous FPGAY ANG Shou-liang(Dept.of Physics and Information Engineering,Chongqing University of Arts and Science s,Y ongchuan Chongqing402160,China) Abstract:The author introduces a kind of designing method of the AΠD Sam pling C ontrol Circuit basing on the high speed simultaneous FPG A.The circuit can be joined well with all kinds of single-chip com puter systems, which can gather and trans form the data of AΠD at a speed and perform the data access after the conversion as well.T aking ADC0809as an exam ple in the article,the author explained the designing method of the AΠD Sam pling C ontrol circuit which includes FIFO mem orizer particularly.And the author als o presents the VH D L s ource program of the AΠD Sam pling C ontrol Circuit and the top level circuit schematic drawing of the entire sam pling mem orizer.K ey w ords:FPG A;ADC0809;controling circuit;Designing method45。

CPLDFPGA原理及应用首先，我们来了解CPLD和FPGA的原理。

CPLD是一种具有可编程逻辑单元和可编程互连资源的器件。

它的核心部分是由可编程逻辑门组成的逻辑单元，可以实现各种逻辑功能。

CPLD还具有非易失性存储器（EEPROM），用于存储逻辑功能的配置信息。

在使用过程中，我们可以通过编程软件将特定的逻辑功能配置到CPLD中，使其按照我们的需要工作。

FPGA是一种更加灵活、可定制度更高的可编程逻辑器件。

与CPLD相比，FPGA的逻辑资源和互连资源更加丰富。

FPGA的核心部分是由多个可编程逻辑单元（Look-Up Tables，简称LUTs）和可编程互连资源（Interconnects）组成的。

LUT是FPGA中的基本逻辑单元，它可以根据输入信号的不同进行配置，实现特定的逻辑功能。

而互连资源可以将不同的逻辑单元之间互连起来，形成更复杂的电路。

接下来，我们来讨论CPLD和FPGA的应用。

由于CPLD和FPGA具有灵活、可定制性强的特点，它们在各种电子设备中都有广泛的应用。

首先，在数字系统设计中，CPLD和FPGA可以用于实现各种逻辑功能。

例如，在数字信号处理（DSP）系统中，CPLD和FPGA可以实现滤波器、乘法器等复杂的数字运算。

在通信系统中，它们可以用于实现调制解调器、协议解析器等功能。

其次，在嵌入式系统中，CPLD和FPGA可以用于控制和接口的设计。

它们可以充当硬件逻辑控制器，实现系统中各个模块的协同工作。

同时，CPLD和FPGA还可以提供各种接口，方便与外部设备进行通信。

此外，CPLD和FPGA还在测试和测量领域得到了广泛的应用。

由于CPLD和FPGA可以灵活地实现各种逻辑功能，它们可以用于设计测试仪器和测试电路，快速准确地获取电路的各种参数。

最后，在教育和研究中，CPLD和FPGA也扮演着重要的角色。

它们可以帮助学生更好地理解数字逻辑和数字系统设计的原理。

同时，研究人员也可以利用CPLD和FPGA进行各种新算法和新理论的验证。

用CPLD和Flash实现FPGA配置CPLD（复杂可编程逻辑器件）和Flash（闪存）是FPGA（现场可编程逻辑门阵列）的两种基本配置方式。

FPGA的配置是指将存储在Flash中的逻辑代码加载到FPGA中的过程。

这篇文档将着重介绍使用CPLD和Flash实现FPGA配置。

FPGA是一种现场可编程逻辑门阵列，它可以灵活地实现各种逻辑电路和数字信号处理。

FPGA芯片本身没有内置的逻辑代码，需要通过配置方式在启动时加载逻辑代码。

一般情况下，常用的FPGA配置方式有三种：JTAG、ICAP和CFI（常规闪存接口）。

JTAG配置方式适用于小容量的FPGA芯片，ICAP适用于大容量的FPGA芯片，CFI则是将配置位流存储在外部Flash中，再通过FPGA芯片上的配置接口进行加载。

在CFI配置方式中，外部Flash存储了FPGA芯片需要的逻辑代码，但是芯片本身无法直接访问Flash。

因此，需要一个额外的器件来控制FPGA芯片加载逻辑代码。

这个额外的器件就是CPLD，它是一种用于实现特定逻辑功能的可编程逻辑器件。

使用CPLD和Flash实现FPGA配置相比较其他配置方式，具有以下优点：1. CPLD控制FPGA芯片的配置方式，可以实现更快的配置速度和更高的配置可靠性。

2. 配置电路简单，特别适用于单片机控制的系统。

3. 执行速度快，且机器启动速度较快。

4. 具有较高的适用性和兼容性，因为复杂逻辑的实现可以通过FPGA来实现。

在使用CPLD和Flash实现FPGA配置时，需要按照以下步骤进行：1. 将实现逻辑电路的设计文件编译成位流文件（.bit）。

2. 将位流文件存储到Flash中。

3. 将芯片时钟和复位信号连接到CPLD器件引脚上，连接Flash引脚到CPLD器件的S端口上，连接FPGA的配置引脚到CPLD器件的D端口上。

4. 将CPLD引脚连接到单片机或处理器的端口上，控制CPLD进行FPGA配置。

需要注意的是，在使用CPLD和Flash实现FPGA配置时，需要正确选择CPLD和Flash芯片的型号和参数，以确保它们可以适配FPGA芯片并满足配置速度和兼容性的要求。

摘要：针对多种采集信号类型，设计了一种采用CPLD实现信号采集控制、信号处理、通讯及输出控制等功能的复合数据采集控制板，并分析了其相关应用性能。

关键词：CLPD EPP接口编码器数据采集在需要采集多路模拟信号、开关信号、频率（计数）信号以及编码器信号等的数据采集应用中，利用通用板卡构成计算机测控系统是可行的，但对于产品的批量应用，其成本与综合性能不能令人满意。

技术成熟的CPLD芯片的应用，可以很好地将逻辑控制、数据信号处理等功能集于一身，使以往需要利用多块信号板卡才能完成的任务整合于同一采集控制器中，从而有效地提高控制系统的可靠性，降低测控系统的实现成本。

本文设计一种基于CPLD的数据采集控制板。

它能实现信号采集与控制、信号处理、通讯及输出控制等功能。

1 总体设计方案本专用数据采集控制板利用CPLD作为主控制器，统一协调通道切换与数字信号处理、实现数据采集与接口传输逻辑控制。

该数据采集控制板共有四种类型的信号输入和一种开关信号量输出。

图1给出其基本硬件模块组成。

利用CPLD的资源和结构特点是本设计的核心。

为提高编码器输入信号的分辨细长，配套设计一个四倍频电路，并在通道后端设计一个脉冲静态计数电路，使输入信号转换为8bit信号挂接到采集板总线上。

八路模拟输入信号主要依靠CPLD实现通道切换和A/D采集，采样数据也以8bit信号并行进入总线。

考虑到提高计数精度的要求，对两路频率输入信号设计了一个动态计数电路，使计数值通过总线读出。

I/O切换控制、EPP接口电路等都按一定的逻辑要求采用同一 CPLD元件来实现。

如此可使硬件电路十分简单，并有利于上位机编程实现。

2 数据接口根据IEEE1284标准，在标准并行口（SPP）、增强并行口（EPP）和扩展并行口（ECP）三种模式中，EPP模式既具有双向数据传输功能，又具有较高的数据传输能力，且编程操作相对容易，最适合在数据采集系统中使用。

从硬件设计角度考虑，EPP接口的主要功能之一是将采集到的数据上传给微型计算机或将开关控制命令下载到采集控制板（数据流对应8bit数据端口）；之二是实现硬件接口之间的信号通讯握手（控制状态对应其它I/O端口）。

fpga控制adc采样原理随着电子科技的不断发展，现在的仪器和设备越来越复杂，所需要的精度和速度也越来越高，为了满足人们对于高精度和高速度的需求，FPGA控制ADC采样便应运而生。

本文将从FPGA、ADC、采样原理三个方面来详细解析FPGA控制ADC采样原理。

一、什么是FPGA控制ADC采样？FPGA（Field-Programmable Gate Array）是可编程门阵列，是一种灵活性最强的集成电路芯片，其功能是可由用户进行调整和设计，从而实现所需功能。

而ADC （Analog-to-Digital Converter）是一种模拟信号转数字信号的装置，将模拟信号转换为数字信号，以便于数字电子设备的处理和存储。

FPGA控制ADC采样，就是将ADC采集到的数据传输给FPGA进行处理，从而实现各种功能。

二、关于FPGAFPGA作为一种可编程门阵列芯片，其结构包括可编程逻辑单元（LUT）、存储单元、I/O（输入输出）单元、时钟链和ALU（算术逻辑单元）等部分。

其中，LUT是FPGA 主要的几何单元之一，它通过组合逻辑电路实现复杂的数字信号处理和运算、状态控制等功能，LUT中的每一个存储单元可以存储逻辑电路中的一个常量。

三、关于ADCADC是模拟信号转数字信号的一种设备，其主要功能是将模拟信号转换为数字信号，以便数字电子设备进行处理。

在ADC中，模拟信号被采集，并被离散化为一系列数字样品，再由采集软件对其进行处理，从而得到所需的数据。

ADC还可以将模拟信号进行滤波、增益调整等处理。

四、采样原理ADC的采样原理是将模拟信号离散化为一系列数字信号，而采样率则是指每秒采样的次数，采样率越高，所得数字信号的精度就越高。

在FPGA控制ADC采样中，由于FPGA的可编程性，它可以通过编写程序从ADC中获取采样数据，并进行处理，从而实现各种功能。

特别的，FPGA还可以通过内置的簇片和DSP单元等部分来实现高精度运算以及并行化数据处理，从而提高处理速度和效率。

利用FPGA和CPLD数字逻辑实现ADC数字系统的设计人员擅长在其印制电路板上用FPGA和CPLD将各种处理器、存储器和标准的功能元件粘合在一起来实现数字设计。

除了这些数字功能之外，FPGA和CPLD 还可以使用LVDS输入、简单的电阻电容(RC)电路和一些FPGA或CPLD的数字逻辑单元实现共模功能，从而构建模数转换器(ADC)。

与数字逻辑相连接时，ADC是一种常用的模拟功能块，例如，FPGA或CPLD连接至模拟传感器的现实世界时，ADC是不可或缺的。

本文将阐述采用莱迪思半导体公司的参考设计和演示板来实现低频率(DC至1K Hz)和高频率(高达50K Hz)ADC。

针对每种设计的应用示例，即网络交换机中的系统.和语音通信系统中的频率检测将在文中验证。

模数转换器的实现一个简单的模数转换器可以通过添加一个简单的RC电路至FPGA或CPLD 的LVDS输入来实现。

正如图1的左下角所示，RC网络在LVDS输入的一端，模拟输入则在另一端。

LVDS输入将作为一个简单的模拟比较器，如果模拟输入电压高于RC网络的电压，将输出数字“1”。

通过改变RC电路的输入电压(来自FPGA/CPLD 的通用输出)，LVDS比较器可用于分析模拟输入电压，以创建一个准确的数字表示。

模拟至数字控制模块可以用多种方式实现，取决于模拟输入的频率、所需的分辨率和可用的逻辑资源。

用简单的逐次逼近寄存器可以处理低频信号，如图1左上角的选项1。

实现较高频率的情况如图1右上角所示，可以用Δ-Σ调制器功能来实现，它由采样寄存器和级连梳状(CIC)滤波器组成。

一旦构建了数字信号，就可以对数字输出进行可选的过滤，以去除任何由于系统噪音或反馈抖动所引入的不必要的高频分量。

在可选数字滤波模块后面，可选的存储器缓冲区可用于调试/测试目的。

通过存储缓冲器对数字输出采样，然后通过JTAG端口扫描输出，到达运行信号分析软件的个人计算机。

图1：模数转换器基本框图：低频和高频情况。

用CPLD和Flash实现FPGA配置【进入博客】【进入论坛】更新2009年01月10日浏览次数： 3 来源：FPGA可以通过串行接口进展配置。

本文对传统的配置方法进展了研究，并从更新配置文件的方法入手，提出了利用处理机通过网络更新的方法，给出了一个用CPLD和Flash对FPGA进展配置的应用实例。

电子设计自动化EDA(Electronic Design Automation)是指以计算机为工作平台，以EDA软件为开发环境，以硬件描述语言为设计语言，以可编程逻辑器件PLD 为实验载体(包括CPLD、FPGA、EPLD等)，以集成电路芯片为目标器件的电子产品自动化设计过程。

该过程目前已广泛应用于电子电路与系统的设计和产品的开发中．逐渐取代了传统的手工硬件电路设计方式。

设计的系统具有体积小、重量轻、功耗小、速度快、价格低、可靠性高、设计周期短等优点。

一个功能完备的EDA设计软件加上一片普通功能的可编程逻辑芯片就可以构成以前需几百个集成电路才能构成的电子系统。

目前常用的可编程逻辑器件有CPLD(plex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)和FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)。

常用的EDA软件包括VHDL、Verilog HDL、ABEL等硬件描述语言。

其中，VHDL作为IEEE的工业标准硬件描述语言，受到众多EDA工具厂家的支持，在电子工程领域，已成为事实上的通用硬件描述语言。

Xilinx公司和Ahera公司的FPGA可编程局部的物理实现方式为RAM。

它最大的优点是可以屡次重复编翟，缺点是易失性。

因此每次上电后，处理机都需要将用户设计的FPGA配置文件从外部存储器中下载到FPGA中。

从外部存储器将FPGA配置文件下载更新的方式有以下三种：(1)JTAG口下载方式将配置文件放到一台主机中，主机通过专用线与单板上的JTAG口硬件相连接。