基于fpga的智能称重测控仪设计与实现

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1、２０１２年１２月１５日现代电子技术Ｄｅｃ．２０１２第３５卷第２４期ＭｏｄｅｒｎＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｉｑｕｅＶｏｌ．３５Ｎｏ．２４基于ＦＰＧＡ的智能称重测控仪设计与实现刘天飞１，袁德明１，白文乐２（１．江苏建筑职业技术学院，江苏徐州２２１１１６；２．北方工业大学，北京１００１４４）摘要：在ＦＰＧＡ芯片上内嵌ＣＰＵ是用软件编程实现硬件ＣＰＵ功能，是嵌入式技术发展趋势；在此针对测重系统设计了采样电路、信号调理电路、超重报警电路以及显示电路，同时针对软件嵌入式技术，并以Ｓｐａｒｔａｎ６ＸＣ６ＳＬ开发板为核心，编写了软件ＣＰＵ并成功嵌入Ｘｉｌｉｎ公司的Ｓｐａｒｔａｎ

2、６ＸＣ６ＳＬ开发板上的Ｘ４５－ＣＳＧ３２４芯片内，实现了智能小车称重测控仪的设计。关键词：内嵌式ＣＰＵ；采样电路；报警电路；ＦＰＧＡ中图分类号：ＴＮ９１９－３４文献标识码：Ａ文章编号：１００４－３７３Ｘ（２０１２）２４－０１１５－０３ＤｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｗｅｉｇｈｉｎｇｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｂａｓｅｄｏｎＦＰＧＡ１，ＹＵＡＮＤｅ－ｍｉｎｇ１，ＢＡＩＷｅｎ－ｌｅ２ＬＩＵＴｉａｎ－ｆｅｉ（１．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｓｕＪｉａｎｚｈｕＩｎｓｉ

3、ｔｉｔｕｔｅ，Ｘｕｚｈｏｕ２２１１１６，Ｃｈｉｎａ；２．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１４４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｏｅｍｂｅｄＣＰＵｉｎＦＰＧＡｃｈｉｐｉｓｔｈｅｗａｙｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅＣＰＵｆｕｎｃｔｉｏｎｂｙｓｏｆｔｗａｒｅｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ．Ｉｔｉｓａｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｒｅｎｄｏｆｅｍｂｅｄｄｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｓａｍｐｌｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔ，ｓｉｇｎａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇｃ

4、ｉｒｃｕｉｔ，ｏｖｅｒｗｅｉｇｈｔａｌａｒｍｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｄｉｓｐｌａｙｃｉｒｃｕｉｔａｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒｗｅｉｇｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．ＴａｋｉｎｇＳｐａｒｔａｎ６ＸＣ６ＳＬｂｏａｒｄａｓａｃｏｒｅ，ｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅＣＰＵｗａｓｃｏｍｐｉｌｅｄｆｏｒｅｍｂｅｄｄｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｅｍｂｅｄｄｅｄｉｎＸ４５－ＣＳＧ３２４ｃｈｉｐｉｎＸｉｌｉｎ＇ｓＳｐａｒｔａｎ６ＸＣ６ＳＬｂｏａｒｄ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆａｎｉｎ－ｔｅｌｌｉｇｅｎｔｗｅｉｇｈｉｎｇｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｗａｓｒｅａｌｉｚｅｄｉｎｔｈｉｓｗａｙ．Ｋｅ

5、ｙｗｏｒｄｓ：ｅｍｂｅｄｄｅｄＣＰＵ；ｓａｍｐｌｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔ；ａｌａｒｍｃｉｒｃｕｉｔ；ＦＰＧＡ数字式智能称重传感器及数字称重系统是近些年来感器上停在合适的位置；重量通过压力传感器转变电信电子衡器领域研究开发的热点。随着科学技术的进步，号后，通过调理电路输入ＦＰＧＡ芯片，在内部通过编程工业化过程自动化水平的提高，特别是数字技术与信息实现１２为Ａ／Ｄ转换，并把Ａ／Ｄ转换的数值送入技术的发展，对电子称重系统提出了数字化、智能化的要ＣＰＵ，经过数据处理，通过译码器送到１２显示数码管求。而传统的称重系统存在着输出模拟信号小，一般为显示重量；测量范围可以通过矩阵按键预先

6、设定，若在２０～４０ｍＶ；传输距离短；抗干扰能力差；称重控制仪表测量范围内，绿灯亮，闸门打开，小车可以通过；若重量［１］复杂；安装、调试不方便等先天缺陷，根本不能适应电小于预设下限值，则红灯指示亮，闸门不开；若大于预设子衡器的智能化要求。为求解决这些难题，一般采用单上限值，红灯亮而且蜂鸣器报警，闸门不开。片机系统设计，上述难题基本解决，但设计电路负杂，本文采用功能强大的ＦＰＧＡ芯片ＸＣ６ＳＬＸ１６－３ＣＳＧ３２４，可使外围电路更简单，体积更小，优越性更明显。１系统总体设计本系统主要由硬件电路和ＦＰＧＡ程序设计２大部分组成，如图１所示，硬件电路设计以ＦＰＧＡ芯片Ｘ４５－

7、ＣＳＧ３２４为核心的内部控制部分，外围电路有压力传感器、调理电路、继电器控制电路、蜂鸣器驱动电路、显示电路以及时钟信号和按键等。ＦＰＧＡ程序模块有Ａ／Ｄ转换与转换控制、ＣＰＵ、译码电路等。该系统主要是通过控制继电器开关来控制载重小车电机正转和反转，正转和反转代表小车前进和后退，以便使小车能在压力传图１系统整体设计框图收稿日期：２０１２－１１－１２１１６现代电子技术２０１２年第３５卷式，ＦＰＧＡ的程序在ＩＳＥ１３．３集成环境下进行的，可以２硬件电路设计使用原理图输入方式、文本输入方式、模块输入方式和２．１传感电路设计［３］ＥＤＡ设计输入工具等表达电路构