基于FPGA的多路模拟量、数字量采集与处理系统

地址从（10000）2到（11111）2。（100000）2单元存储的是第1个负载的状态，以此类推，（10000）2单元存储的是第16个负载的状态。每个16位数据存储器的8位固定为5AH，接下来的5位为（00000）2，只有最后3位才是负载的状态位。

当MCU读FPGA时，process(rd)进程启动。这时，如果MCU地址线A4的电平（对应于FPGA的chansel:std_logic_vector(4 downto 0)信号量的第四位）为“1”，FPGA就根据chanse1(3 downto 0)的值，将对应的数据存储器的值发送到数据总线上。MCU读回数据存储器的值后，如果前13位不是（0101101000000）2，说明产生了读错误，MCU重新再读一次。必须指出，在FPGA控制A/D采样时，读哪个通道信息也是通过A0～A3地址线区分的，但是，A4的电平为低。

MCU根据系统处于不同的状态给负载发送接通/断开指令，这是通过写FPGA的寄存器KGIR实现的。KGIR的16位依次代表16个负载，“1”为接通，“0”为断开，复位值是0000H.寄存器KGER是数字量输出的总开关，复位后为0000H，不允许数字量输出；MCU对其写入FFFFH后，允许数字量输出。FPGA给负载发去接通/断开指令后，负载将会有两个状态信号返回。FPGA结合寄存器KGIR的控制指令值，可以判定负载处于何种状态之一。如果反馈的信息为跳闸，FPGA将根据寄存器KGCR的值作出相应的处理。如果为其它信息，FPGA将不做处理，只是将状态信息存储在数据缓冲区中等待发送给权限高的MCU来决定。KGCR的复全值是0001H，表示跳闸发生后，FPGA将自动再发一次接通指令。程序运行的过程中，MCU根据任务的紧急和系统的布局，可以修改KGCR的值。如果KGCR的值为0003H，表示第一次跳闸发生后，FPGA可以重复发三次接通指令。

因为FPGA是基于RAM工艺的，在掉电后本身不能保存信息，因此需要一个外置存储芯片来保存其信息，这里采用一次可编程的PROM：XC17S100APD8I（OTP）。该PROM与Spartan-II芯片的接口只需要一个I/O；复位引脚的极性可编程（高有效或低有效）；供电电压为3.3V。

XC17S100A的DONE、INIT、CCLK信号来自FPGA芯片XC2S100。系统刚一上电，FPGA首先初始化，置INIT、DONE为低。INIT为低后复位PROM，此时由于PROM的CE为低，因此PROM被选中，从而将数据流从DATA脚输入到FPGA的DIN脚。配置完成后，FPGA将DONE接高，PROM处于低功耗的待机模式，并将DATA脚置为高阻态。

在硬件调试和在线修改过程中，选用FPGA的CCLK、DONE、DIN、PROG引脚用做硬件调试编程。将下载电缆接在计算机并口上，选择恰当的下载方式就会将Xilinx开发软件生成的位流文件下载到FPGA的内部配置存储器中。配置下载流程可以分为3个阶段：初始化、清除配置内存、下载数据。清除内存在所有配置模式中都是一样的，下载数据却随着配置方式的不同而不同。

实际应用中，一般都需要将数据流文件烧入到Xilinx PROM中，每次上电伊始，由PROM将数据流下载到FPGA中，下载完毕，FPGA开始工作。

4 结论

针对监测系统监测信号一般较多的特点，本文提出了一种基于FPGA技术的多路模拟量、数字量采集与处理系统，设计了相应的外围硬件电路和系统处理软件。在仿真和综合调试成功的基础上，本系统成功用于某航空重点预研项目的电气负载管理系统试验中。试验结果表明，本系统成功地完成了对多路模拟量、数字量的采集处理任务，因此，在电气测控系统中有较好的应用前景。

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