FPGA在智能压力传感器系统中的应用设计

FPGA在智能压力传感器系统中的应用设计

系统采用算术平均的数字滤波方法消除系统的随机误差，通过连续N个采样值取其算术平均值，得数学表达式为：

　　适合用于对具有随机干扰信号的滤波。

3 系统硬件结构设计

　　依据系统的误差校正和温度补偿方法，可得系统的硬件连接结构如图2所示。图2中模拟多路开关AD7502的4个输入通道分别为：A1A0=00，选通S0，S0通道接地，用于零点漂移校准；A1A0=01，选通S1，S1通道接+5 V(为AD1674最大输入电压的50％)，用于增益误差校正；A1A0=10，选通S2，S2通道接温度测量信号，用于传感器的温度补偿；A1A0=11，选通S3，S3通道连接压力测量信号。通道选通信号A0，A1由FPGA芯片中的DAS_A0和DAS_A1引脚控制。

　　系统中A／D转换器AD1674采用独立工作模式，其控制引脚设置为：CE和12／8接高电平；CS和A0接低电平。此时，AD1674设置为12位A／D转换，12位数据输出，其转换完全由R／C控制，如图2所示。当R／C=O时，启动12位A／D转换；当A／D转换结束时，状态信号STS=0，否则STS=1；当R／C=1时，读取12位A／D转换数据。R／C信号由FPGA芯片的DAS_RC控制。整个系统由基于FPGA的片上系统(SoC)控制。其中，FPGA芯片中的DAS_STS，DAS_RC，DAS_IN，DAS_A引脚为用户定制逻辑，即DAS控制单元的外部接口，用于控制AD1674的工作时序转换和AD7502的通道选择。

　　3．1 SoC结构的实现

　　SoPC设计由CPU、存储器接口、标准外设和用户定制逻辑单元模块等组件构成。Altera的SoPCBuilder工具提供了大量IP核可供调用，可以很方便地在单片FPGA芯片上配置嵌入NoisⅡ处理器软核、片上RAM和RS 232控制器、扩展片外存储器、用户定制逻辑单元，同时自动地为系统的每个外设分配地址、连接系统总线，确定设备优先级，其内部结构如图3所示。

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　　3．2 数据采集控制单元的实现

　　数据采集系统(DAS)控制单元是整个系统的核心，其输入端口及其功能：DAS_STS用于接收AD1674的STS状态信号；DAS_IN(12位)用于接收AD1674并行12位转换输出；CLK，RST用作系统时钟和RESET的信号。输出端口DAS_RC接AD1674的R／C端，用以控制A／D转换器的启动和读数；DAS_A用作控制AD7502的A1A0通道选通信号；DAS_OUT(加通道的序号为16位)用作DAS控制单元的16位输出数据。

　　DAS控制单元的有限状态机(FSM)有4个状态，分别为St0，St1，St2，St3。St0为选择通道，启动A／D转换，进入St1状态；St1为等待转换结束，若转换结束，进入St2状态，否则保持在St1状态；St2为发出读数据信号，进入St3状态；St3为输出转换数据；选择其他通道，返回St0状态。DAS控制单元采用VHDL语言进行开发，程序的部分代码如下所示：