[发明专利]基于FPGA的多通道通用数据采集卡及其应用

权利要求书

1.一种用基于FPGA的多通道通用数据采集卡进行多路数据采集的方法，所述基于FPGA的多通道通用数据采集卡包括用于与上位机实现数据交换的通信接口，用于控制装置工作状态的控制模块以及与控制模块相连接的数据采集通路，其中数据采集通路内设有依次相连接的交/直流耦合模块、运放模块以及A/D转换模块，控制模块分别与通信接口、数据采集通路相连接，其特征在于所述控制模块包括相连接的NIOSII模块、存储模块和采集控制模块，NIOSII模块与通信接口相连接，NIOSII模块和采集控制模块分别与存储模块相连接，所述通信接口包括RS232接口、以太网接口、USB接口、PCI接口、16位并口以及用于选择通信接口通路的5选1开关，采集控制模块的输入端与数据采集通路的输出端相连接；

所述控制模块由一片FPGA芯片实现，在FPGA芯片上形成NIOSII模块、采集控制模块以及位于NIOSII模块和采集控制模块之间的FIFO存储模块，其中采集控制模块还设有触发信号端口；

设有32路采集通路，每路采集通路内设有依次相连接的交/直流耦合模块、运放模块以及A/D转换模块；

其特征在于多路数据采集的方法包括以下步骤：

步骤1：将数据采集卡的信号输入端与待采集设备相连接，将数据采集卡的信号输出端与上位机相连接，采集卡上电初始化后NIOSII模块通过检测5选1开关选择采集卡与上位机的通信方式，即从RS232、以太网、USB、PCI和16位并口中选择一种，与上位机建立通信，

步骤2：上位机通过和采集卡上的NIOSII模块通信实现对采集卡的设置，

步骤3：NIOSII模块根据上位机的设置，向采集控制模块发送采集控制设置信息和start命令，开启相应的数据采集通路进行数据采集，

步骤4：待采集数据进入相应的数据采集通路后，依次经交/直流耦合模块、运放模块、A/D转换模块处理后，在采集控制模块的控制下存入与该路数据采集通道相对应的FIFO存储模块内，

步骤5：NIOSII模块在上位机的控制下从FIFO存储模块中提取所采集信息并经通信接口将其送入上位机，完成数据的采集;

步骤5中NIOSII模块在上位机的控制下从FIFO存储模块中每次读取数据时，同时读取32个FIFO，然后从每次读取的32个数据中将启用通道的数据按通道编号顺序发送给上位机。

2.根据权利要求1所述的一种多路数据采集的方法，其特征在于步骤2中对采集卡的设置包括：NIOSII分别通过32个交直流控制信号设定32个通道每个通道的信号耦合方式为交流耦合或直流耦合，NIOSII分别通过32个量程控制信号控制32个通道的量程为±1V或±2V，NIOSII通过采集控制总线和采集控制模块进行通信，设置采集卡的采集模式为无触发连续采集、无触发固定长度单次采集、触发固定长度连续采集和触发固定长度单次采集四种模式中的任意一种；NIOSII通过采集控制总线和采集控制模块进行通信，实现采集卡的零点自动校，NIOSII通过采集控制总线和采集控制模块进行通信，设置触发信号Trigger_in为上升沿触发或下降沿触发，上位机通过给NIOSII发送指令，控制每个通道的启用或停用。

3.根据权利要求2所述的一种多路数据采集的方法，其特征在于所述采集模式包括无触发连续采集、无触发固定长度单次采集、触发固定长度连续采集和触发固定长度单次采集四种模式，无触发连续采集模式下NIOSII接收到上位机的启动采集指令后，将由NIOSII模块发送至采集控制模块的Start信号设置成有效，开启的数据采集通路进行连续的数据采集；无触发固定长度单次采集模式下，NIOSSII模块接收到上位机的启动采集指令后，将发送至采集控制模块的Start信号设置成有效，采集卡进行采集，采集固定长度后停止；触发固定长度连续采集模式下NIOSII接收到上位机的启动采集指令后，将其发送至采集控制模块的Start信号设置成有效，采集并不立刻进行采集，而是检测到有效的Trigger_in信号后才进行连续采集，每次采集固定的长度，该长度值是有上位机通过指令设定的；触发固定长度单次采集模式下NIOSII模块接收到上位机的启动采集指令后，将Start信号设置成有效，采集并不立马进行采集，而是检测到有效的Trigger_in信号后才进行采集，采集固定的长度后停止采集，采集仅进行一次，长度值是有上位机通过指令设定的，四种模式下采集的32路采集数据存储到32个FIFO中，上位机使用读取指令通过NIOSII模块从32个FIFO中读取数据。