基于FPGA的工控领域监控系统设计

文章摘要： 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。

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    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。
2．2 FPGA接口的软件设计
    FPGA与AD7705共有5个接口引脚，分别为片选端CS、串行时钟端SCLK、串行数据输入端DIN、串行数据输出端DOUT和串行数据请求端
DRDY。
    读AD7705的数据寄存器前，需先设置其时钟寄存器和设置寄存器，下面以1通道为例来简要说明，首先向AD7705发送串行数据0x20，表示下一操作选择时钟寄存器，接着发送串行数据0x0C，设置时钟为2分频，然后发送Oxl0，表示下一操作选择设置寄存器，接着发送串行数据0x44，表示设置寄存器模式为自校准，增益l，单极性，无缓冲，然后再向AD7705发送0x38，表示可以读通道1的数据寄存器，并等待AD7705的DRDY变低，然后发送16个时钟，以读取通道1的16位转换数据。通道2的数据读取与通道1的数据读取相似，发送的数据分别为0x21，0x0C，
0x11，0x44，0x39。

3 结束语
    本文用有限状态机在FPGA上实现了对有SPI接口的AD转换器AD7705的接口应用，并对AD7705的两路输入信号进行了实时采集。事实上，选用通用I／O口模拟SPI时序，相比标准SPI接口IP核更为简洁，可以节约FPGA的片上资源。由于AD7705提供有双通道、低成本、高分辨率的模数转换功能，因此，采用∑-△结构实现模数转换，可使得该器件在噪音环境下免受干扰，因而很适合于工业控制应用。

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1．2 温度信号转换电路
    图1所示是本系统中的温度信号检测电路。

    图1电路中，R14是放在散热器表面的铂电阻，用于感应散热器的温度，该电路可将PT电阻随温度信号变化的阻值信号转变成电压信号，这样，根据PTl00-V点的电压值，即可换算出PT电阻R14的电压信号，ref-V为基准电压信号，ref-V经过图2所示的差分放大电路后，再根据图中元器件的参数即可计算出，最后传输的电压信号Va为与基准电压差值的12倍。

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