论文简要论述了嵌入式系统发展趋势,比较分析了采用ASIC, CPU实现数字系统的优缺点,介绍了一种新型的设计方案,即SOPC(可编程片上系统),并研究了基于Nios处理器的SOPC设计技术。论文分析了嵌入式硬核和软核处理器性能和特点,着重介绍了Altera公司推出的新一代Nios处理器的结构、性能及总线规范。针对通用嵌入式系统开发特别是数据采集系统的设计需求,提出了一个基于Nios处理器的数据采集系统设计思想,分析了该系统功能和组成,给出了系统整体设计方案,并实现了该系统。本文将此设计分为两个部分的工作,第一部分是数据采集系统的硬件设计和实现。本部分工作借鉴以往的研究经验,详细说明了两个主要模块:一是前端信号调理电路,二是基于Nios软核处理器及其各功能模块的设计。其中,前端信号调理电路主要包括:信号衰减放大电路、信号滤波电路、信号采样电路等;第二部分主要包括Nios处理器模块、电源模块、调试端口(JTAG)模块、片外RAM(SRAM)模块、片外ROM(FLASH)模块、时钟(CLOCK)模块、PIO(parallel input/output)端口模块、FIFO接口模块(数据缓存器)、PCI总线接口模块等。第二部分介绍了基于SOPC数据采集系统程序方面的设计和实现,包括采集系统的开发流程、基于Verilog HDL设计的自动状态机,由硬件控制A/D转换以及自动向FIFO中存储数据。最后,作者对数采系统进行了仿真和验证,分析了仿真结果,验证了本系统方案设计的正确性和基于Nios处理器实现可编程片上系统的可行性,为基于Nios处理器的片上数据采集系统的设计奠定了技术基础。