基于FPGA的远距离测温器数控系统设计

2 硬件电路设计

2．1 电源控制电路

由于整个电路系统涉及模拟和数字部分多种芯片的运作，A／D采样芯片和FPGA芯片均需要两种以上的电源供电，所以选取合适的电压转换器非常重要。电源控制电路选用Linear公司的线形电源模块来提供A／D芯片所需要的+3．3V，+2．5V电压和FPGA所需要的+3．3V和+1．2V电压，为了提高信号质量，模拟和数字部分的+3．3 V电压分别由不同的电源转换模块提供。

2．2 数据采集电路

数据采集电路主要由AD7675组成，由于其输出I／O部分采用+3．3 V供电，故其所有的数据输出管脚和输入控制信号不需要进行电平转换，可以直接与FPGA的I／O管脚相连。A／D芯片的转换速率为100KSPS，选择16 b双极性补码输出，最高位表示符号位。硬件电路如图3所示。采集到的数据送入FPGA的寄存器，再传送到计算机中，供数据分析用。

AD7675的模拟信号输入部分选用AD公司的AD8021运算放大器实现模拟输入信号的单端到差分信号的转换。电源进入电源管脚前应就近安装钽电容进行滤波，以减小电源上的杂波干扰，提高信号质量。AD7675支持并行和串行两种数据输出方式，本系统选择并行16 b补码采样数据输出，与此相关的一些控制信号，如BYTESWAP，OB，SER／PAR需要被置为低电平。而其它RESET和数据输出I／O管脚接入FPGA，由FPGA控制。

2．3 FPGA与计算机接口电路

FPGA通过串行通信接口与外接计算机实现通信。本文选用MAX232实现LVTTL与EIA的电平转换，可方便的完成FPGA与计算机之间的RS 232通信。

2．4 数字控制单元设计

该测温器的软件设计主要分为两个部分，一是FPGA的相关程序设计，其主要功能包括：A／D数据采集控制、串口数据通信控制、LCD的读写控制以及PROM的烧录等；二是计算机中的相关程序，主要功能包括数值运算、标定FPGA和将采集到的数据存储以供分析等。在整个FPGA的设计上，由Altera公司开发的基于SoPC的NiosⅡ处理器及其软件开发包SoPC Builder可以方便地将所需要的IP核、存储器、接口控制器等简单而又快速的集成到FPGA中去，从而缩短设计周期。FPGA内部功能模块如图4所示。