基于FPGA的工控领域监控系统设计

文章摘要：图3所示为光耦隔离传输电路，由图2所示的差分放大电路输出的电压信号Va经过光耦隔离电路后，即可以l：1的形式传送，即Vb点的电压信号和差分放大后的信号Va是一样的，将Vb送到AD7705进行模数转换。然后将其转换成串行序列输出给FPGA处理，同时也上传到DSP控制器。2 软件设计方案本系统的软件设计主要是根据AD7705的特点和操作时序，用FPGA的通用GPIO模拟SPI时序。图4给出了该系统中AD7705的主状态流程图。此后，根据流程图再编写各子模块，即可完成对AD7705两路信号的实时采集。2．1 AD7705的特点及操作时序AD7705是采用∑-△转换技术来实现16位代码无丢失性能的AD

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　　图3所示为光耦隔离传输电路，由图2所示的差分放大电路输出的电压信号Va经过光耦隔离电路后，即可以l：1的形式传送，即Vb点的电压信号和差分放大后的信号Va是一样的，将Vb送到AD7705进行模数转换。然后将其转换成串行序列输出给FPGA处理，同时也上传到DSP控制器。

　　2 软件设计方案

　　本系统的软件设计主要是根据AD7705的特点和操作时序，用FPGA的通用GPIO模拟SPI时序。图4给出了该系统中AD7705的主状态流程图。此后，根据流程图再编写各子模块，即可完成对AD7705两路信号的实时采集。

　　2．1 AD7705的特点及操作时序

　　AD7705是采用∑-△转换技术来实现16位代码无丢失性能的AD转换器件。该器件可以直接接收来自传感器的低电平输入信号，然后产生串行的数字输出。AD7705只需2．7～5．25 V的单电源，采用双通道全差分模拟输入，并有一个差分基准输入。当电源电压为5 V、基准电压为2．5 V时，这种器件可对输入信号范围在0～20 mA和0～2．5 V的信号进行处理，还可以处理±20 mV～±2．5 V的双极性输入信号，其串行接口也可配置为三线接口。其增益值、信号极性以及更新速率的选择均可用串行输入口由软件来配置。此外，该器件还包括自校准和系统校准选项，以消除器件本身或系统的增益和偏移误差。

　　AD7705包括6个用户可通过串口访问的片内寄存器。其中第一个是通讯寄存器，用于管理通道选择，决定下一个操作是读操作还是写操作，以及下一次读或写哪一个寄存器。所有与器件的通讯必须从写通讯寄存器开始。上电或复位后，器件将等待在通讯寄存器上进行一次写操作；

　　第二个是设置寄存器，用于决定校准模式、增益设置、单／双极性输入以及缓冲模式；

　　第三个是时钟寄存器，其中包括滤波器选择位和时钟控制位；

　　第四个是数据寄存器，器件输出的数据从这个寄存器读出；

　　第五个是零标度校准寄存器，AD7705包含两组独立的零标度寄存器，每个零标度寄存器负责一个输入通道。它们都是24位读，写寄存器；

　　第六个是满标度校准寄存器，AD7705包含两组独立的满标度寄存器，每个满标度寄存器负责一个输入通道。它们都是24位读／写寄存器。

　　AD7705的写操作时序图如图5所示。在将片选端CS拉低后，即可在串行时钟的上升沿发送数据，发送数据时，高位在前。

　　AD7705的读操作时序图如图6所示。当在AD7705的DRDY信号脚检测到逻辑低电平时，表示可以从AD7705的数据寄存器获取新的输出字，当完成对一个完全的输出字的读操作后，DRDY引脚立即回到高电平。如果在两次输出更新之间，不发生数据输出，DRDY将在下一次输出更新前500个输入时钟时间返回高电平。DRDY处于高电平时，不能进行读操作。当数据更新后，DRDY又返回低电平。

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