基于FPGA的工控領域監控系統設計

圖1電路中，R14是放在散熱器表面的鉑電阻，用于感應散熱器的溫度，該電路可將PT電阻隨溫度信號變化的阻值信號轉變成電壓信號，這樣，根據PTl00-V點的電壓值，即可換算出PT電阻R14的電壓信號，ref-V為基準電壓信號，ref-V經過圖2所示的差分放大電路后，再根據圖中元器件的參數即可計算出，最后傳輸的電壓信號Va為與基準電壓差值的12倍。

圖3所示為光耦隔離傳輸電路，由圖2所示的差分放大電路輸出的電壓信號Va經過光耦隔離電路后，即可以l：1的形式傳送，即Vb點的電壓信號和差分放大后的信號Va是一樣的，將Vb送到AD7705進行模數轉換。然后將其轉換成串行序列輸出給FPGA處理，同時也上傳到DSP控制器。

2 軟件設計方案
本系統的軟件設計主要是根據AD7705的特點和操作時序，用FPGA的通用GPIO模擬SPI時序。圖4給出了該系統中AD7705的主狀態流程圖。此后，根據流程圖再編寫各子模塊，即可完成對AD7705兩路信號的實時采集。

2．1 AD7705的特點及操作時序
AD7705是采用∑-△轉換技術來實現16位代碼無丟失性能的AD轉換器件。該器件可以直接接收來自傳感器的低電平輸入信號，然后產生串行的數字輸出。AD7705只需2．7～5．25 V的單電源，采用雙通道全差分模擬輸入，并有一個差分基準輸入。當電源電壓為5 V、基準電壓為2．5 V時，這種器件可對輸入信號范圍在0～20 mA和0～2．5 V的信號進行處理，還可以處理±20 mV～±2．5 V的雙極性輸入信號，其串行接口也可配置為三線接口。其增益值、信號極性以及更新速率的選擇均可用串行輸入口由軟件來配置。此外，該器件還包括自校準和系統校準選項，以消除器件本身或系統的增益和偏移誤差。