FPGA在智能壓力傳感器系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計

　　2．2 傳感器溫度補償方法

　　對壓力傳感器來說，環(huán)境溫度對其測量結(jié)果有較大的影響，為了消除溫度引起的誤差，需要對傳感器的信號做溫度補償。通過測量傳感器的工作溫度實現(xiàn)傳感器溫度的補償。傳感器的溫度誤差校正模型為：

　　式中：y為測量值；yc經(jīng)溫度補償后的測量值；△φ為傳感器的實際工作溫度與標(biāo)準(zhǔn)測量溫度之差；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，通過連續(xù)N個采樣值取其算術(shù)平均值，得數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

　　適合用于對具有隨機(jī)干擾信號的濾波。

　　3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　依據(jù)系統(tǒng)的誤差校正和溫度補償方法，可得系統(tǒng)的硬件連接結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2中模擬多路開關(guān)AD7502的4個輸入通道分別為：A1A0=00，選通S0，S0通道接地，用于零點漂移校準(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通道接溫度測量信號，用于傳感器的溫度補償；A1A0=11，選通S3，S3通道連接壓力測量信號。通道選通信號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，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，啟動12位A／D轉(zhuǎn)換；當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，狀態(tài)信號STS=0，否則STS=1；當(dāng)R／C=1時，讀取12位A／D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。R／C信號由FPGA芯片的DAS_RC控制。整個系統(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引腳為用戶定制邏輯，即DAS控制單元的外部接口，用于控制AD1674的工作時序轉(zhuǎn)換和AD7502的通道選擇。

　　3．1 SoC結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)

　　SoPC設(shè)計由CPU、存儲器接口、標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)和用戶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)展片外存儲器、用戶定制邏輯單元，同時自動地為系統(tǒng)的每個外設(shè)分配地址、連接系統(tǒng)總線，確定設(shè)備優(yōu)先級，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。