多种触发功能的可编程高速数据采集模块

　　引言

　　在数据采集的过程中，为了不漏掉任何一个既定特征的信号，A/D转换器必须不断地采集数据。但是由于存储器容量的限制，不可能无限制地采集并存储数据。如何使模块能自动检测、采集并存储有效数据呢?触发技术的引入可以解决这一问题。触发是为了有效地观测信号，当被测信号满足触发条件时，启动一次数据采集，使用户在屏幕上能观测到满足触发条件的波形。

　　触发电路在以往的设计中，多采用电平比较器，其缺点是：采用的分立元件多，不利于模块移植和速度的提升，同时触发方式多样化配置也受到硬件限制，不具备智能化特点。本模块基于高速A/D转换器和FPGA，提出了一种全数字化的多种触发功能的高速数字采集设计方案。模块接口易于移植，采集频率高达50 MHz，具有多种可编程触发功能，采用的触发窗技术进一步保证了采样存储数据的正确性和有效性。

　　1 高速数据采集模块结构

　　高速数据采集模块由FPGA存储控制、传输电路和AD9057数据采集部分构成。其中FPGA为此次模块设计的重点。多种触发功能的高速数据采集模块结构框图如图1所示。采用Cyclone系列EP1C6Q240C8型号的FPGA控制芯片，其Bank4 I/O口与AD9057相连，有源晶振提供了50 MHz的时钟频率。

　　此模块通过通信接口动态设置触发极性、触发模式、触发窗长度、触发点电平，触发极性可选上升沿触发rising_edge和下降沿触发falling_edge两种。触发模式可分为前触发pre_trigger、中间触发mid_trigger、后触发post_trigger三种模式。触发窗长度设置为0～100的整数，触发点电平可设置为0～255的整数。

　　当连接通信接口的外部显示控制界面设置好触发极性、触发模式、触发窗长度、触发点电平时，开始启动采集命令，包装好的40位数据流将被发送到FPGA;FPGA接收到40位数据后，迅速分离成5个8位数据，即触发极性、触发模式、触发窗长度、触发点电平和采集启动信号，利用FIFO存储器先进先出的特性以及对AD9057的控制时序，配合触发信号存储A/D数据;当采样完成后，FIFO中的数据可以被发送到外部的显示控制界面直观地显示出来。

　　1.1 触发信号的产生

　　传感器探测和感知的模拟信号一般都带有一定干扰，如果仅凭一个触发点来决定触发的位置则很难控制，在本模块触发位置的设计中采用了三点触发窗技术，触发窗的设置可以有效地屏蔽模拟信号的抖动，使模块正常运行。

　　触发极性triggerpolar有上升沿触发rising_edge和下降沿触发falling_edge两种模式，在这两种触发极性下，触发信号上升沿表示模块开始存储A/D转换数据。模块设置了触发字1和触发字2，触发字1为触发点加上触发窗长度，如果结果小于255则触发字为两者相加结果，否则为255;触发字2为触发点减去触发窗长度，如果结果大于0则触发字为两者相减结果，否则为0。