FPGA在智能壓力傳感器系統(tǒng)中的應(yīng)用
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SoPC設(shè)計由CPU、存儲器接口、標準外設(shè)和用戶定制邏輯單元模塊等組件構(gòu)成。Altera的SoPCBuilder工具提供了大量IP核可供調(diào)用，可以很方便地在單片FPGA芯片上配置嵌入NoisⅡ處理器軟核、片上RAM和RS 232控制器、擴展片外存儲器、用戶定制邏輯單元，同時自動地為系統(tǒng)的每個外設(shè)分配地址、連接系統(tǒng)總線，確定設(shè)備優(yōu)先級，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/152333.htm
3．2 數(shù)據(jù)采集控制單元的實現(xiàn)
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)控制單元是整個系統(tǒng)的核心，其輸入端口及其功能：DAS_STS用于接收AD1674的STS狀態(tài)信號；DAS_IN(12位)用于接收AD1674并行12位轉(zhuǎn)換輸出；CLK，RST用作系統(tǒng)時鐘和RESET的信號。輸出端口DAS_RC接AD1674的R／C端，用以控制A／D轉(zhuǎn)換器的啟動和讀數(shù)；DAS_A用作控制AD7502的A1A0通道選通信號；DAS_OUT(加通道的序號為16位)用作DAS控制單元的16位輸出數(shù)據(jù)。
DAS控制單元的有限狀態(tài)機(FSM)有4個狀態(tài)，分別為St0，St1，St2，St3。St0為選擇通道，啟動A／D轉(zhuǎn)換，進入St1狀態(tài)；St1為等待轉(zhuǎn)換結(jié)束，若轉(zhuǎn)換結(jié)束，進入St2狀態(tài)，否則保持在St1狀態(tài)；St2為發(fā)出讀數(shù)據(jù)信號，進入St3狀態(tài)；St3為輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；選擇其他通道，返回St0狀態(tài)。DAS控制單元采用VHDL語言進行開發(fā)，程序的部分代碼如下所示：
DAS控制單元的仿真如圖4所示。圖中顯示控制單元運行正確。
3．3 智能傳感器系統(tǒng)軟件工作流程
系統(tǒng)中誤差校正和溫度補償由系統(tǒng)軟件控制完成。系統(tǒng)軟件由SoPC Builder工具中的軟件開發(fā)工具(SDK)進行開發(fā)。系統(tǒng)軟件流程如圖5所示。
系統(tǒng)上電初始化并啟動DAS控制單元，選通每個通道并消除每個通道的隨機誤差；然后根據(jù)校正過的0通道和1通道的數(shù)值，實時計算出誤差校正因子，依據(jù)誤差校正公式(1)實時校正零點漂移校準和增益誤差，再根據(jù)測量得到傳感器的工作溫度，計算與標準溫度的差值，通過查表獲得傳感器溫度變化系數(shù)，最后依據(jù)溫度補償公式(5)校正測量壓力數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)輸出。
4 結(jié) 語
在系統(tǒng)的設(shè)計過程中，充分利用FPGA構(gòu)建系統(tǒng)靈活，軟、硬件開發(fā)相結(jié)合的特點，在滿足系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上，合理分配軟硬件功能，簡化系統(tǒng)設(shè)計。FPGA把過去由分立芯片實現(xiàn)的系統(tǒng)放在單個芯片中，這種單片系統(tǒng)的設(shè)計，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時提高了系統(tǒng)抗工業(yè)現(xiàn)場干擾的能力。
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