FPGA在智能壓力傳感器系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

　　2．2 傳感器溫度補(bǔ)償方法

　　對(duì)壓力傳感器來(lái)說(shuō)，環(huán)境溫度對(duì)其測(cè)量結(jié)果有較大的影響，為了消除溫度引起的誤差，需要對(duì)傳感器的信號(hào)做溫度補(bǔ)償。通過(guò)測(cè)量傳感器的工作溫度實(shí)現(xiàn)傳感器溫度的補(bǔ)償。傳感器的溫度誤差校正模型為：

　　式中：y為測(cè)量值；yc經(jīng)溫度補(bǔ)償后的測(cè)量值；△φ為傳感器的實(shí)際工作溫度與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量溫度之差；a0為校正溫度變化引起的傳感器標(biāo)度變化系數(shù)，a1為校正溫度引起的傳感器零位漂移變化系數(shù)，這兩個(gè)系數(shù)反映了傳感器的溫度特性。

　　2．3 隨機(jī)誤差消除方法

　　系統(tǒng)采用算術(shù)平均的數(shù)字濾波方法消除系統(tǒng)的隨機(jī)誤差，通過(guò)連續(xù)N個(gè)采樣值取其算術(shù)平均值，得數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

　　適合用于對(duì)具有隨機(jī)干擾信號(hào)的濾波。

　　3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　依據(jù)系統(tǒng)的誤差校正和溫度補(bǔ)償方法，可得系統(tǒng)的硬件連接結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2中模擬多路開(kāi)關(guān)AD7502的4個(gè)輸入通道分別為：A1A0=00，選通S0，S0通道接地，用于零點(diǎn)漂移校準(zhǔn)；A1A0=01，選通S1，S1通道接+5 V(為AD1674最大輸入電壓的50％)，用于增益誤差校正；A1A0=10，選通S2，S2通道接溫度測(cè)量信號(hào)，用于傳感器的溫度補(bǔ)償；A1A0=11，選通S3，S3通道連接壓力測(cè)量信號(hào)。通道選通信號(hào)A0，A1由FPGA芯片中的DAS_A0和DAS_A1引腳控制。

　　系統(tǒng)中A／D轉(zhuǎn)換器AD1674采用獨(dú)立工作模式，其控制引腳設(shè)置為：CE和12／8接高電平；CS和A0接低電平。此時(shí)，AD1674設(shè)置為12位A／D轉(zhuǎn)換，12位數(shù)據(jù)輸出，其轉(zhuǎn)換完全由R／C控制，如圖2所示。當(dāng)R／C=O時(shí)，啟動(dòng)12位A／D轉(zhuǎn)換；當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，狀態(tài)信號(hào)STS=0，否則STS=1；當(dāng)R／C=1時(shí)，讀取12位A／D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。R／C信號(hào)由FPGA芯片的DAS_RC控制。整個(gè)系統(tǒng)由基于FPGA的片上系統(tǒng)(SoC)控制。其中，F(xiàn)PGA芯片中的DAS_STS，DAS_RC，DAS_IN，DAS_A引腳為用戶(hù)定制邏輯，即DAS控制單元的外部接口，用于控制AD1674的工作時(shí)序轉(zhuǎn)換和AD7502的通道選擇。

　　3．1 SoC結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)

　　SoPC設(shè)計(jì)由CPU、存儲(chǔ)器接口、標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)和用戶(hù)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F(xiàn)PGA芯片上配置嵌入NoisⅡ處理器軟核、片上RAM和RS 232控制器、擴(kuò)展片外存儲(chǔ)器、用戶(hù)定制邏輯單元，同時(shí)自動(dòng)地為系統(tǒng)的每個(gè)外設(shè)分配地址、連接系統(tǒng)總線(xiàn)，確定設(shè)備優(yōu)先級(jí)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。