一种基于FPGA的模拟采样装置及方法与流程

本发明涉及模拟采样装置，尤其是一种误差、偏置与干扰信号均可控制的模拟采样装置，以及其采样方法。

背景技术：

1、在很多工业控制系统中，采样信号均作为原始输入参与控制，系统的稳定性控制精度等性能参数都与采样信号的质量直接相关。一般来说，采样信号均来自各种传感器的输出，信号的误差，偏置受到传感器性能与温度、压力等环境因素影响，采样信号传输过程中还会受到外界各种电磁干扰的影响。

2、通常要在实际系统中将采样信号在各种环境参数中的影响测试完成是难以实现的，不管是更换传感器还是变换温度、压力等环境参数都是费时费力的，而如果有一种装置根据一般环境的采样信号模拟输出各种环境条件下的采样信号，将给我们判断采样信号变化对系统的影响提供极大便利。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于克服上述不足之处，提供一种基于fpga的模拟采样装置。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于fpga的模拟采样装置，由adc模块、fpga数据处理模块和dac模块顺序连接而成，所述的adc模块由输入保护电路、模拟信号处理电路和adc芯片顺序连接而成，所述的fpga数据处理模块由adc驱动模块、数字信号处理模块和dac驱动模块顺序连接而成，其中adc驱动模块连接adc芯片，数字信号处理模块通过上位机通信模块连接pc上位机，所述的dac模块由高速数据接口、dac芯片和隔离与保护电路顺序连接而成，所述的高速数据接口连接adc驱动模块。

3、本发明的目的之二是提供一种基于fpga的模拟采样方法，步骤为：

4、adc模块通过模拟信号处理电路处理输入保护电路接收传感器原始输出的电压、电流、振动等采样信号，送至adc芯片转为数字信号，然后传输给fpga数据处理模块；

5、fpga数据处理模块通过数字信号处理模块处理adc驱动模块接收的采样数字信号，送至dac驱动模块转为dac数字信号，同时通过上位机通信模块将原始采样信号上传至pc上位机供观测使用以及接收pc上位机下发的控制参数，或者默认加载上位机通信模块内部预设的控制参数，结合采样数字信号进行相应的数据处理，最终生成满足dac数据传输协议的波形数据并发送给dac模块；

6、fpga数据处理模块根据原始采样数据和设置参数生成对应的数据流发送到dac模块后，dac模块通过dac芯片处理高速数据接口接收的dac数字信号，通过隔离与保护电路输出模拟采样信号。

7、本发明的有益效果是：

8、adc模块将采样信号转为数字信号，fpga驱动adc，设置采样率，数据传输速率等参数。fpga接收adc传过来的数据并发送给pc上位机，从pc上位机从可观测原始的采样波形。pc上位机可根据需要任意设置需要模拟的采样信号的参数，如误差、偏差、干扰信号的频率与幅值等，pc上位机将这些参数下发给fpga。fpga根据原始采样数据和设置参数生成对应的数据流给到dac模块，dac输出模拟采样信号。

9、本发明模拟采样装置，实现逻辑简单，且全部采用数字电路，灵活度很高，在研究采样信号变化对系统的影响方面具有一定优势；利用了fpga的高度灵活性及其在数据处理方面的优势，可生成附加了高频干扰信号的高速数据流。

技术特征：

1.一种基于fpga的模拟采样装置，其特征在于：由adc模块（1）、fpga数据处理模块（2）和dac模块（3）顺序连接而成，所述的adc模块（1）由输入保护电路（11）、模拟信号处理电路（12）和adc芯片（13）顺序连接而成，所述的fpga数据处理模块（2）由adc驱动模块（22）、数字信号处理模块（21）和dac驱动模块（23）顺序连接而成，其中adc驱动模块（22）连接adc芯片（13），数字信号处理模块（21）通过上位机通信模块（24）连接pc上位机，所述的dac模块（3）由高速数据接口（31）、dac芯片（32）和隔离与保护电路（33）顺序连接而成，所述的高速数据接口（31）连接adc驱动模块（22）。

2.一种如权利要求1所述采样装置的模拟采样方法，其特征在于，步骤为：

技术总结
本发明公开了一种基于FPGA的模拟采样装置，由ADC模块、FPGA数据处理模块和DAC模块顺序连接而成，ADC模块由输入保护电路、模拟信号处理电路和ADC芯片顺序连接而成，FPGA数据处理模块由ADC驱动模块、数字信号处理模块和DAC驱动模块顺序连接而成，DAC模块由高速数据接口、DAC芯片和隔离与保护电路顺序连接而成；还公开了采样方法，ADC模块将采样信号转为数字信号传输给FPGA数据处理模块，FPGA数据处理模块将信号上传给PC上位机供观测使用，还接收PC上位机的控制指令，对采样信号做对应处理生成对应的数据流，然后传输给DAC模块，通过DAC模块输出符合控制指令的模拟采样信号。

技术研发人员：徐晓康,邱长青,汪丁泉,王晓海,罗国盛
受保护的技术使用者：武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶集团有限公司第七一二研究所）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13