基于FPGA的遠距離測溫器數控系統設計

2 硬件電路設計

2．1 電源控制電路

由于整個電路系統涉及模擬和數字部分多種芯片的運作，A／D采樣芯片和FPGA芯片均需要兩種以上的電源供電，所以選取合適的電壓轉換器非常重要。電源控制電路選用Linear公司的線形電源模塊來提供A／D芯片所需要的+3．3V，+2．5V電壓和FPGA所需要的+3．3V和+1．2V電壓，為了提高信號質量，模擬和數字部分的+3．3 V電壓分別由不同的電源轉換模塊提供。

2．2 數據采集電路

數據采集電路主要由AD7675組成，由于其輸出I／O部分采用+3．3 V供電，故其所有的數據輸出管腳和輸入控制信號不需要進行電平轉換，可以直接與FPGA的I／O管腳相連。A／D芯片的轉換速率為100KSPS，選擇16 b雙極性補碼輸出，最高位表示符號位。硬件電路如圖3所示。采集到的數據送入FPGA的寄存器，再傳送到計算機中，供數據分析用。

AD7675的模擬信號輸入部分選用AD公司的AD8021運算放大器實現模擬輸入信號的單端到差分信號的轉換。電源進入電源管腳前應就近安裝鉭電容進行濾波，以減小電源上的雜波干擾，提高信號質量。AD7675支持并行和串行兩種數據輸出方式，本系統選擇并行16 b補碼采樣數據輸出，與此相關的一些控制信號，如BYTESWAP，OB，SER／PAR需要被置為低電平。而其它RESET和數據輸出I／O管腳接入FPGA，由FPGA控制。

2．3 FPGA與計算機接口電路

FPGA通過串行通信接口與外接計算機實現通信。本文選用MAX232實現LVTTL與EIA的電平轉換，可方便的完成FPGA與計算機之間的RS 232通信。

2．4 數字控制單元設計

該測溫器的軟件設計主要分為兩個部分，一是FPGA的相關程序設計，其主要功能包括：A／D數據采集控制、串口數據通信控制、LCD的讀寫控制以及PROM的燒錄等；二是計算機中的相關程序，主要功能包括數值運算、標定FPGA和將采集到的數據存儲以供分析等。在整個FPGA的設計上，由Altera公司開發的基于SoPC的NiosⅡ處理器及其軟件開發包SoPC Builder可以方便地將所需要的IP核、存儲器、接口控制器等簡單而又快速的集成到FPGA中去，從而縮短設計周期。FPGA內部功能模塊如圖4所示。