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基于SOPC技术的多通道实时温度采集系统

企业新闻 / 2022-04-21 00:48

本文摘要:温度是密切相关物体冷程度的物理量,是工业生产中少见和最基本的参数之一,在生产过程中经常必须对温度展开监控。传统的温度收集系统,一般来说使用单片机或数字信号处理器DSP作为微控制器,掌控模数转换器ADC及其他外围设备的工作;但是,基于单片机或DSP的高速多路温度收集系统都有一定的严重不足。由于单片机运营的时钟频率较低,并且单片机是基于顺序语言的,各种功能都要靠软件的运营来构建,因此随着程序量的减少,如果程序的健壮性很差,不会经常出现程序跑完飞来和废黜现象。

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温度是密切相关物体冷程度的物理量,是工业生产中少见和最基本的参数之一,在生产过程中经常必须对温度展开监控。传统的温度收集系统,一般来说使用单片机或数字信号处理器DSP作为微控制器,掌控模数转换器ADC及其他外围设备的工作;但是,基于单片机或DSP的高速多路温度收集系统都有一定的严重不足。由于单片机运营的时钟频率较低,并且单片机是基于顺序语言的,各种功能都要靠软件的运营来构建,因此随着程序量的减少,如果程序的健壮性很差,不会经常出现程序跑完飞来和废黜现象。DSP的运算速度慢,处置简单的乘加运算有一定的优势,但是很难已完成外围设备的简单硬件逻辑掌控。

因而单片机或DSP很难符合在简单的工业现场展开多路温度收集时对实时性和同步性的拒绝。鉴于此,本文讲解一种基于SOPC技术的多通道动态温度收集系统。该系统研发周期短、资源配置灵活性、稳定性较好,符合了对温度收集实时性和同步性有较高拒绝的工业生产领域中的应用于。  1系统的总体结构  温度收集系统的硬件主要由温度收集模块、数据存储模块、FPGA逻辑掌控模块以及通信模块构成,其总体架构如图1右图。

    图1系统总体架构  系统上电后,再行由静态存储器EPCS16自动将配备数据写入到FPGA(CycloneII系列的EP2C8Q208C)的SDRAM(HY57V641620)之中,将要烧结在其中的数字逻辑电路同构到FPGA器件中。温度传感器单元AD590首先收集温度信号,然后经过信号调理电路的处置,使信号的输入幅度符合A/D取样的量程拒绝。

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此时FPGA掌控仿真选择开关ADG706展开地下通道自由选择,同时掌控多片16位A/D转换器ADS8402展开A/D切换,并将收集到的动态数据天内存储到两片类型为FIFO、容量为16K9位的存储器IDT72V06中。然后,将其中正处于读状态的IDT72V06中的数据加载出来,并经过FPGA掌控SPC3通信模块,通过PROFIBUS总线传输平等主义位机。  2温度收集系统设计  2.1温度收集模块  温度收集模块由多片温度传感器单元、多路信号调理电路、多路仿真开关电路以及多路A/D转换器四大部分构成。  温度传感器单元使用热电偶。

它具备以下优点:测温范围长,性能平稳;测量精度高,热电偶与被测对象必要认识,不不受中间介质的影响;热响应时间慢,热电偶对温度变化反应灵活性;测量范围大,-40~+1600℃均可倒数测温;性能牢靠,机械强度好;寿命长,按装便利,尤其适合于在简单的工业生产过程中对温度的动态检测。  多路仿真开关电路搭配16路仿真选择开关ADG706.其4位地址位。A0、A1、A2、A3的输出必要由FPGA的I/O端口CH0、CH1、CH2、CH3掌控,要求16路输出信号中要输入的地下通道,每条地下通道自由选择指令将同时启动多片ADG706适当的温度收集地下通道。然后启动适当的温度收集地下通道展开A/D切换。

本设计使用高速大幅度迫近寄存器(SAR)转换数位转换器ADS8402,多片ADS8402A/D转换器的启动切换插槽共用FPGA的一个I/O端口A/DStart.ADS8402A/D切换结果的高、低字节掌控插槽BYTE及ADS8402的数据输入掌控,分别由FPGA分开的I/O掌控。FPGA每给A/DStart端口一个100ns的负脉冲,才可启动多片ADS8402展开适当地下通道上的数据采集。切换完结后,可通过掌控BYTE端口加载A/D切换结果,并储存到适当的数据单元。

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  2.2数据存储模块  多通道收集信号的路数多、处置的数据量大,必须外阔数据存储模块来内存FPGA处理结果。与此同时,由于上位机的多任务性,它不有可能专一对并行口读取数据,为了确保FPGA掌控核心与上位机通信重复使用加载大量数据,本系统中用了2片异步FIFO芯片IDT72V06,其存储容量16K9位,存取时间15ns,其中一片用来对收集过来的数据展开存储,另一片用来加载存储在FIFO中的收集数据,以便与上位机展开并行口通信。

系统运营过程中,两片FIFO位拓展展开双内存乒乓掌控,轮流展开读写操作,可大大提高并口通信速度及数据吞吐量。  2.3通信模块  PROFIBUSDP是一种经过优化的高速、廉价的通信相连方式,专为自动控制系统和设备级的集中I/O之间的通信而设计,用作分布式控制系统的高速数据传输,构建自控系统和集中外围I/O设备及智能现场仪表之间的高速数据通信。SPC3构建了全部的PROFIBUSDP协议,SPC3在DP方式下将已完成所有DPSAP的设置。

  SPC3内部构建了1.5KB的双口RAM,还包括参数寄存器、方式寄存器、状态寄存器和中断控制器等。SPC3内部构建的看门狗定时器有3种工作状态:波特率检测、波特率掌控和从车站掌控。内部的USART可实现分段数据流和串行数据流的互相切换,微顺序控制器掌控整个工作过程,空闲定时器必要掌控串行总线时序。

通信模块的设计搭配了PROFIBUSDP专用通信协议芯片SPC3,这样可加快通信的继续执行,而且可以减低微处理器的开销。


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