基于FPGA的多通道高速数据采集系统

纪大伟，徐抒岩，胡 君，曹小涛，穆 欣

(1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033;2.中国科学院研究生院，北京 100039)

1 数据采集系统工作原理及组成

1.1 系统工作原理

多轴运动控制系统一般输出各类电机驱动信号，以4相8拍步进电机为例，驱动信号相应有4路。不同的电机控制不同的运动机构单元，分别控制每个自由度的运动。一个复杂的数控生产线，涉及的控制系统结构更加庞大，驱动信号通道数更多，需要采集和检测的通道数与之相应增加。多通道信号经过

模数转换器(ADC)转换成并行数字信号输出，由FPGA处理。FPGA内部对采集信号逻辑分析，提取信号频率、幅值、相位和电机转向等关键信息，进行后续处理;并且与正常工作状态的信息比对，判断是否正确，最后由PC机实时显示检测结果，从而实现对多轴运动控制系统工作状态的实时监测。

1.2 数据采集系统组成

系统主要包括数据采集、数据缓存、数据处理和数据通信4个功能模块，系统组成示意图如图1所示。数据采集模块将多通道模拟信号转换成并行数字信号输出。数据处理模块对采集数据进行逻辑分析，基于频率检测、幅值检测和模拟编码器反馈的数学模型[3]，计算、分析驱动信号的脉冲个数、幅值和电机转向等信息，并且产生检测数据和反馈数据。数据缓存模块将FPGA的处理结果由外部FIFO缓存。数据通信模块通过PCI总线实现PC机与FPGA之间指令发送和检测信息传输，以及FPGA与多轴运动控制系统之间反馈信息的RS－422串行通讯。……