基于FPGA的数据采集器设计及可靠性分析

陈柯勋++王晓毅++薛辉

摘 要：为了提高现有数据采集器的可靠性，本文选用Altera公司Cyclone IV系列的EP4CE15F17C8N为核心芯片，选用Analog Device 公司的12位A/D转换芯片AD9233-125完成数据采样，并添加SDRAM和EEPROM 模块来扩展FPGA芯片的存储资源、降低数据丢失的风险。在完成设计之后，本文针对性地设计了可靠性评估方法，确定本文所设计实现的可靠性等级为0.625，具有较高的可靠性。本文所设计的数据采集器成本低、可靠性高、可扩展性强，可以被应用于多个领域，具有广阔的市场应用前景。

关键词：数据采集器 FPGA 可靠性

中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）08（c）-0007-02

Abstract： In order to improve the reliability of the existing data acquisition system， EP4CE15F17C8N of Altera Cyclone IV series is chosen as the core chip in this paper， the 12 bit A/D chip AD9233-125 of Analog Device is chosen to complete data sampling， and add SDRAM and EEPROM module to expand FPGA chip storage resources and reduce the risk of data loss. After the completion of system design， this paper designed a reliability evaluation method to determine the reliability level of this design is 0.625， with higher reliability. The data collector designed in this paper has the advantages of low cost， high reliability and expandability， which can be used in many fields with a broad market prospect.

Key Words： Data acquisition device； FPGA； Reliability

在工業生产、科学研究、环境监测等多个领域中，数据采集器可以对各种参数进行实时的采集、监测和记录，扮演着重要的角色。目前已有多种成熟的数据采集器被投入使用，但目前市场上通用的高速数据采集卡通常成本较高、可拓展性弱，灵活性低，且处理速度和可靠性都有进一步提升的空间[1]。因此，本文以经济、实用性强和可靠性好为设计目标，选用Altera 公司Cyclone IV 系列的 EP4CE15F17C8N为核心芯片，设计了一款低成本、高速、高可靠性的数据采集器，并设计了可靠性评估方案对其可靠性进行测试。

1 总体设计方案

根据前文所述，综合考虑成本、采集速度、采集精度、稳定性和可靠性，本文将以FPGA芯片EP4CE15F17C8N为核心，搭配相应的AD芯片、存储芯片完成数据采集器的设计，本文所设计实现的数据采集器的总体原理框图如图1所示。

从图1中可以看出，本文所设计的数据采集器由A/D采样模块、FIR滤波模块、FPGA模块、SDRAM存储模块、EEPROM存储模块、串口发送模块6个部分组成。……