摘要
数据采集是科研的基础，如何设计多通道、高采样率、高传输速率、高精确性、高
通用性的数据采集系统，一直是数据采集系统的发展方向。本文主要针对目前常用的多
通道数据采集卡应用的局限性，通过学习理论基础和借鉴成熟的设计方案，对基于FPGA
的多通道数据采集系统进行研究和设计。通过对比若干设计方法，选择合适的设计方案
实现多通道、高精度的数据采集。
本文通过对比多种数据接口方案，对PCI总线技术作了深入研究，采用PCI总线接
口芯片PCI9054实现数据传输。根据设计经验，预估系统数字逻辑规模，选择Cyclone
IV系列EP4CE75作为系统的主控芯片。通过设计FPGA数字逻辑，实现多通道信号采
集和数字输入输出接口控制；设计采集卡驱动程序和上位机应用软件完成数据传输、处
理、显示和存储；测量精度是数据采集的基本要求，通过建立模型分析系统误差来源，
采用曲线拟合和神经网络算法实现系统误差的自校准，提高系统测试精度。
本文设计的数据采集系统可以对48路单端模拟信号或者24路差分模拟信号进行采
集，采集精度为16bits，采样深度可达到8M×16bits；提供48路数字输入输出接口，用
于控制或者数字信号的测频计数。开发的上位机应用软件可以实现对采集卡的控制和实
时数据处理，通过整机测试，采集系统的性能达到设计要求。
关键词：数据采集FPGA虚拟仪器误差校正
Abstract
Dataacquisitionisthebasisofscientificresearch.Howtodesignmulti-channel,high
samplingrate,hightransmissionrate,highaccuracyandhighversatilitydataacquisitionsystem
hasalwaysbeenthedevelopmentdirectionofdataacquisitionsystem.Thispaperfocuseson
thelimitationsofthecommonlyusedmulti-channeldataacquisitioncardapplications.By
studyingthetheoreticalbasisanddrawingonthematuredesignscheme,thispaperstudiesand
designsthemulti-channeldataacquisitionsystembasedonFPGA.Bycomparingseveral
designmethods,choosetheappropriatedesigntoachievemulti-channel,high-precisiondata
acquisition.
Thispapermakesanin-depthstudyonPCIbustechnologybycomparingvariousdata
interfaceschemes,andusesPCIbusinterfacechipPCI9054torealizedatatransmission.
Accordingtothedesignexperience,thesystemdigitallogicscaleisestimated,andtheCyclone
IVseriesEP4CE75isselectedasthemaincontrolchipofthesystem.BydesigningFPGA
digitallogic,multi-channelsignalacquisitionanddigitalinputandoutputinterfacecontrolare
realized;theacquisitioncarddriver