Tarjeta de adquisición de datos para fpga

tarjeta DE ADQUISICIÓN DE DATOS PARA FPGA

Isaac González Tinajero1


RESUMEN

Este proyecto presenta el desarrollo de una interface de adquisición de datos para sistemas de desarrollo con FPGA’s. Esta tarjeta consta de 5 convertidores analógico-digital de 4 canales cada uno, para adquirir señales analógicas y convertirlas a señales digitales que serán enviadas hacia la FPGA, para quepueda ser procesada y manipulada dicha señal. Con esta tarjeta que se desarrollo se podrá adquirir señales analógicas individuales o diferenciales, es decir, algunos sensores no proporcionan una sola señal sino dos señales de voltaje diferencial. Esto es gracias a la versatilidad de los convertidores empleados, y donde se decidirá qué tipo de señal se adquirirá, individual o diferencial es mediantela programación de la FPGA.

ABSTRACT

This report presents the design of a multichannel data acquisition card to FPGA. This card can processor analog signals, they can be single-ended or differential signals. These signals after of conversion can be processing by the FPGA and you can change the way to data acquisition to different signals (single-ended or differential) on the program fromthe FPGA.

introducción

Los sistemas digitales tienen gran importancia en el desarrollo tecnológico de hoy en día, donde los dispositivos programables han cobrado una importancia mayor, al permitir implementar sistemas digitales en muy poco tiempo.
Una de las importantes herramientas en el desarrollo de sistemas digitales son las tarjetas (kits) de desarrollo. Sin embargo, generalmente estosdispositivos no cuentan con interfaces para trabajar con señales analógicas, ni interfaces de potencia para el control de motores, y en ocasiones no tenemos la cantidad suficiente de interruptores o leds, por lo que en ocasiones es necesario que el usuario diseñe interfaces para implementar un sistema digital específico.
Debido a las necesidades que se tienen al trabajar con sistemas dedesarrollo y sus limitaciones para interactuar con hardware externo, en este proyecto se implementara una tarjeta de adquisición de datos para FPGA.
La tecnología de FPGA es una de las arquitecturas más completas y flexibles para el desarrollo de aplicaciones de alto desempeño. Con esta tecnología es posible diseñar soluciones digitales a medida en menos tiempo y a un costo inferior, empleandosofisticados sistemas de simulación y circuitos integrados programables [Romero, 2007]. 
Las herramientas actuales están orientadas sobre todo al diseño de sistemas digitales basados en HDLs (Verilog y VHDL).

Este trabajo se enfoca en presentar una manera de diseñar una interfaz de adquisición de datos (señales analógicas) para un sistema basado en FPGA, considerando corriente del puerto y voltaje quemaneja el dispositivo. Las señales analógicas que se pueden adquirir pueden ser individuales y/o diferenciales ya que se cuenta con 5 convertidores de 4 canales cada uno, y mediante la programación se elige cuantas y qué tipo de señales (individuales o diferenciales) se adquirirán.

Métodos y materiales.
La metodología empleada para el desarrollo de este proyecto se resume en el esquema queestá en la figura 1.

Figura 1. Esquema de la metodología y las actividades realizadas en el proyecto.

Los materiales utilizados en este proyecto son:

1. Tarjeta de desarrollo NEXYS2 SPARTAN 3E.
Para probar la tarjeta que se implemento para este proyecto se utilizo la tarjeta de desarrollo Nexys2 Spartan 3E ya que se contaba con ella. La figura 2 muestra un resumen de algunastarjetas de desarrollo con FPGA, así como sus principales características tomadas de las hojas de datos de los fabricantes [Altera, 2010], [Actel, 2010], [Xilinx, 2009].

Figura 2. Comparativa de tarjetas de desarrollo con FPGA.

Las principales consideraciones a tener en cuenta son los intervalos de voltaje de salida y de entrada en cada terminal de los puertos E/S, así como las corrientes...