差别

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--- tproject1.2 [2019/05/18 00:00]
jiahao
+++ tproject1.2 [2019/05/23 17:58] (当前版本)
jiahao
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-支持树莓派和小脚丫FPGA的双通道高速数据采集系统
+#### 支持树莓派和小脚丫FPGA的双通道高速数据采集系统
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+项目参与人员：
+  * 复旦大学硕士研究生[[page_jiahao.li|李佳豪]]
+  * 即将就读南昌大学硕士研究生的[[page_yue.zhang|张玥]]
+  * 中国矿业大学硕士研究生[[page_shuai.liu|刘帅]]
-项目参与人员及分工：
+{{ :pnqlu6rgqwmoh7sxfibwsq.jpg |}}
-  * [[page_shuai.liu|刘帅]]
-  * [[page_jiahao.li|李佳豪]]
-  * [[page_yue.zhang|张玥]]
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 - 树莓派接口，尺寸合适、布局合理；
 - 电源及PCB满足系统要求；
-#### 资源要求
-#### 进度要求
-#### 成本要求
-#### 其它要求
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-#### 方案综述：
+#### 方案综述
-- 项目分为三个部分
+##### 项目分为三个部分：
-- 1.ADC板：完成模拟信号到数字信号的转换
+    * 第1部分（ADC板）：完成模拟信号到数字信号的转换
-基于项目要求，我们将此项目划分为三大功能板来实现，分别为ADC板，FPGA 板，树莓派板。首先是设计一个双通道的高速ADC采集卡能够通过Mini-PCIe连接器同小脚丫FPGA扩展板连接，其次是一个树莓派HAT板，通过其上的Mini-PCIe插座将高速ADC的数据传递到板子上的FPGA芯片，经过FPGA进行数据处理后，再通过树莓派上的SPI总线跟树莓派进行连接，由树莓派进行波形的显示。
+    * 第2部分（FPGA板）：控制ADC板的模拟信号处理，并对采集到的数字信号进行处理
+    * 第3部分（树莓派板）：将FPGA处理完的数字信号显示出来
+项目总体框图如下：
 {{ :项目系统框图.png |}}
+#### 一、各部分说明
+##### 1. ADC子板:完成模拟信号到数字信号的转变,如下图所示。
+{{ :adc设计.jpg |}}
-##### 1. ADC子板
+##### 2. FPGA板： FPGA板功能框图如下。
+{{ :fpga板.png |}}
-整块ADCpcb板进行模拟到数字信号的转变，如图所示，一共由滤波电路、输入信号是否衰减选择模块、信号放大模块、外加偏置电压模块以及ADC模块组成。由于项目要求模拟宽带为DC-10MHz，因此前面的滤波电路要将10MHz频率以上的信号滤除。被采集模拟信号的范围要求为±5mV-±10V,ADC的共模输入电压范围为0.4A-1.4A，因此要对滤波后的模拟信号进行一个衰减处理，利用4通道单独控制的ADG611实现双路是否衰减控制。衰减处理后的信号在进行相关的放大，按照是否衰减将信号分为不同的区间，对不同的区间选择不同的放大倍数。因此在后面利用多路开关选择器TS3A5017实现不同区间的不同放大倍数。经过放大处理后的信号还有要提供一个外部直流偏置，该直流偏置将信号偏置到满足ADC处理范围的信号。最终经过ADC将模拟信号转变为数字信号。
+##### 3.树莓派板
+    * 波形显示
+    * SPI接口
-{{ :adc设计.jpg |}}
- * ADC芯片:选择美信公司 MAX19506的ADC芯片
-    * ADC的选型对比与选择
-{{ :adc选择对比.png |}}
-    * ADC的连接
- * 信号调理模块
-  * 滤波器
-  * 衰减
-  * 选择放大
-{{ ::衰减与放大倍数选择.png |}}
- * 电源设计
-   * 电源供电
-    * 直流偏置
-    * 放大器
-    * 滤波器
-   * 芯片选择
-{{ :ldo与dc-dc.png |}}
- * PCIE接口槽
-##### 2. FPGA板：
- * FPGA
-* {{ :fpga板.png |}}
-   * 触发模块
-   * 驱动模块
-   * 参数设计模块
-   * JTAG
-   * 按键控制模块
- * 树莓派接口
-   * SPI总线
- * PCIE接口槽
-{{ http://www.stepfpga.com/doc/_media/pcie_baseboard_for_rpi_pcie%E5%BC%95%E8%84%9A%E5%88%86%E9%85%8D%E5%9B%BE.png?w=320&tok=e4f889 |}}
-{{ http://www.stepfpga.com/doc/_media/pcie_baseboard_for_rpi_pcie%E5%BC%95%E8%84%9A%E5%88%86%E9%85%8D%E5%9B%BE2.png?w=440&tok=6fa33e |}}
-##### 3. 树莓派板
- * 波形显示
- * SPI接口
-#### 关键元器件
- * AD8061 滤波器设计中的运放器
- * CPC1017N 光耦
- * TMUX1511 具有 1.8V 逻辑的低电容、1:1 (SPST) 4 通道断电保护开关
- * ADC MAX19506
- * TS3A5017 多路选择开关器，通过控制不同通路来选择信号的不同放大倍数，对信号进行放大
- * ADA4940-1 用作驱动差分放大器  之后接入ADC芯片
- * ADM8660
- * LT3032EDE
- * LMV721 运放
- * 树莓派
+#### 二、关键元器件选择
 {{ :芯片采购清单.png |}}
+#### 三、实施计划
+   * 第1周:查找相关资料，确定总体项目方案。
+   * 第2周:学习PCB，设计与制造PCB。完成信号调理模块的放大器与滤波的设计，设计ADC板。
+   * 第3周:学习FPGA与Verilog编程，设计FPGA板，确定电源的设计参数。
+   * 第4周:实现树莓派通过SPI与FPGA模块连接，焊制板卡，系统测试调连。
+---
+### 项目实施
-#### 实施计划：
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+#### PCB设计
+   * PCB原理图：
+    * ADC子板{{:shiboqi.pdf|}}
+    * FPGA子板{{:fpga_project.pdf|}}
-### 项目日志
+#### PCB制造
+##### BOM表
+    * ADC子板BOM表{{:adc_bom.xlsx|}}
+    * FPGA子板BOM表{{:fpga_bom.xlsx|}}
- * 系统电源的设计
+##### PCB板图
- * FPGA与ADC之间的通信
+    * ADC子板： {{ :adc_pcb.png?600 |}}
- * PCIe接口引脚定义
+    * FPGA子板：{{ :fpga_pcb.png?600 |}}
- * FPGA内部数据处理
- * FPGA与树莓派之间的数据传输
- * 树莓派上波形显示
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-### 项目实施
- * 第一周:查找相关资料，确定总体项目方案。
- * 第二周:学习PCB，设计与制造PCB。完成信号调理模块的放大器与滤波的设计，设计ADC板。
- * 第三周:学习FPGA与Verilog编程，设计FPGA板，确定电源的设计参数。
- * 第四周:实现树莓派通过SPI与FPGA模块连接，焊制板卡，系统测试调连。
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-#### PCB设计
- * PCB sheet
-  * ADC板子原理图PDF
-{{:shiboqi.pdf|}}
-  * FPGA板子原理图PDF
-{{:fpga_project.pdf|}}
-#### PCB制造
-##### ADC
- * ADC PCB
-{{ :adc_pcb.png |}}
- * ADC 3D
-{{ :adc_3d.png |}}
-##### FPGA板
- * FPGA PCB图
-{{ :fpga_pcb.png |}}
- * FPGA 3D
-{{ :fpga_3d.png |}}
 ##### LOGO设计
+    * ADC子板： {{ :logo设计.png?600 |}}
+    * FPGA子板： {{ :logo设计1.png?600 |}}
-{{ :logo设计.png |}}
-{{ :logo设计1.png |}}
-##### BOM表
- * FPGA BOM表
-{{ :fpga_bom.png |}}
- * ADC BOM表
-{{ :adc_bom.png |}}
 #### PCB焊接、调试
- * ADC板的焊接完成
+ * 焊接完成后的ADC板
-{{ :adc焊接.jpg |}}
+{{ :adc焊接.jpg?400 |}}
- * FPGA焊接完成
+ * 焊接完成后的FPGA
-{{ :fpga焊接.jpg |}}
+{{ :fpga焊接.jpg?400 |}}
 #### FPGA连接和Verilog编程
- * FPGA控制衰减放大电路  {{:fpga_control_adc_tcr.dir.zip|}}
+ * FPGA控制衰减放大电路  {{:fpga-control-adc.zip|}}
- * ADC采集
+ * ADC采集 {{:fpga-adc.zip|}}
  * UART串口 {{:uart.zip|}}
-#### 系统测试
 ### 项目报告
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 #### 项目改进及方案
+   * step1：将信号发生器的信号电压加在ADC芯片所对应的管脚
+   * step2：将ADC板搭建在cyc10的开发板
+   * step3：通过cyc10开发板上的8个LED指示灯的亮灭来观看ADC芯片是否正常完成采样
-基于对模拟电路的调试遇到了瓶颈，经过和老师的讨论之后，我们修改了项目的部分方案。
-首先我们将信号发生器的信号电压加在ADC芯片所对应的管脚上，再将ADC板搭建在cyc10的开发板上，通过cyc10开发板上的8个LED指示灯的亮灭来观看ADC芯片是否正常完成采样。
 {{:信号发生器.jpg?300 |}}
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 {{ :adc调试板.jpg?300 |}}
-测试视频如下：
+#### 系统测试
+    * ADC芯片测试
 {{ :led11.mp4 |}}
-这是加入正电压差的情况，可以得出加到0.7V时，LED灯的线性变化。
 {{ :led2.mp4 |}}
-这是加入负电压差的情况，同样也可得出加到0.7V时，LED灯的线性变化。
 {{ :led灯变化.png |}}
+当正负压差都达到0.7V左右之后，达到饱和，由此可以推断出ADC的处理电压差在0.75V左右。
-上图中0代表LED灯亮，1代表LED灯灭。正电压差的高位始终为0，负电压差的高位始终为1。根据芯片手册，ADC芯片的输出数据格式为二进制补码，可表示的有效数据为7位。可得出，当正负压差都达到0.7V左右之后，达到饱和，由此可以推断出ADC的处理电压差在0.75V左右。
+    * FPGA串口通信测试：
-ADC正常完成采样之后，用UART串口配置后在计算机中的串口程序中查看接收到的ADC采样数据。
+{{ :串口数据.png |}}
-{{ :uart连接.jpg |}}
-{{ :串口数据接受.png |}}
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 * JTAG
  * [[http://www.stepfpga.com/doc/jtag|]]
-* 滤波器运放的选择AD8651
+* [滤波器运放的选择AD8651](https://www.analog.com/cn/products/ad8651.html)
- * [[https://www.analog.com/cn/products/ad8651.html]]
+* [4通道单独控制双路信号ADG611](https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADG611_612_613.pdf)
-* 4通道单独控制双路信号ADG611
+* [多路开关选择器TS3A5017](https://www.sparkfun.com/datasheets/BreakoutBoards/TS3A5017.pdf)
- * [[https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADG611_612_613.pdf]]
+* [高速缓冲器LMH6559](http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lmh6559.pdf)
-* 多路开关选择器TS3A5017
+* [差分放大器ADA4932](https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADA4932-1_4932-2.pdf)
- * [[https://www.sparkfun.com/datasheets/BreakoutBoards/TS3A5017.pdf]]
-* 高速缓冲器LMH6559
- * [[http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lmh6559.pdf]]
-* 差分放大器LMH6559
- * [[https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADA4932-1_4932-2.pdf]]