串行A／D与FPGA在微型数据记录仪中的应用

●控制字并行转串行模块
控制字chO，ch1，ch2需要转化成串行数据，通过din输入至AD，控制通道选择，循环输入控制字则循环选择3通道。将状态控制字ch0、ch1、ch2传输至寄存器，在DCLK时钟下降沿，提取第7位(高位)，此时数据比较稳定，然后寄存器向左位移。在DCLK时钟上升沿传输至AD，实现控制目的。
●信号采集模块
A／D转换器采集数据串行输入FPGA后，转换成并行数据，传输至系统的数据总线。根据A／D转换器采样的基本时序可知，在dout引脚串行输出数据时，din引脚应保持低电平，为了3个采样通道近似同步数据采集，在经过24个DCLK时钟周期，对一个通道数据采集转换输出完成后，要在DCLK的第25个时钟的上升沿，进入第二个通道的采集和转换。最终实现记录仪在72个DCLK时钟周期的状态循环时序是A／D模块控制的关键。

3 计算机仿真分析与系统实现
系统FPGA使用Actel公司基于FLASH结构单元的芯片，进一步的降低了系统的功耗，缩小了系统的体积，Actel FPGA的集成开发环境Libero集成了仿真工具modelsim。以AD最高采样频率为例试验，仿真时序波形如图4。

A／D控制模块中，在“clk_div”高电平时，实现寄存器“shuru”至寄存器“A”的数据传递，在“clk_div”低电平实现并行数据到串行数据的转换，并通过“din输出，图4中显示了“din输出引脚3个控制字状态的变化。
示波器显示din引脚控制字串行输出三组控制字的循环变化，如图5。

4 结论
系统运用FPGA电平控制多通道A／D转换器不同通道的选通，相比较单片机而言，更为稳定可靠，采集数据流完整，使用基于FLASH架构的Actel公司FPGA进一步降低了微型数据记录仪系统的功耗，同时提高了系统在电磁干扰较强环境的稳定性。