基于fpga的液位检测系统的前端设计论文

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1、基于FPGA的液位检测系统的前端设计论文摘要本设计是关于一个基于FPGA的液位检测系统的设计，即设计合适的传感器来对液位的信号进行采集，然后在FPGA上对信号进行处理，主要是对FPGA用VHDL进行编程，建立若干逻辑模块对数据进行一系列的处理，最后利用LED来对信号进行输出显示。本文着重介绍了这个系统的液位检测信号采集的前端设计，前端设计包括传感器模块、放大电路模块以及A/D转换模块的设计，它是整个液位检测设计的基础.freelmHg)，采用标准的小型DIP-6塑胶封装，完全代替NAISADP4系列、Hon

2、eyV，△V/△P为灵敏度典型值为1.2mv/kPa，P为检测对象的压力。图2-1显示了其在不同温度下的典型的输出特性。储藏温度与工作温度均在-40℃—+125℃，MPX53D是半导体的压阻式压力传感器，能够使电信号成比例输出，衡量该传感器的应变性能要依赖温度的变化，温度变化的范围需要温度补偿装置。图2-2显示了其实际与理论线性度，线性表示理想传感器的输出特性，由于种种原因实际的传感器总是非线性的，只能用线性度来表示其输出特性，有两种非线性的计算方法：终点直线拟合和最小二乘法拟合，摩托罗拉指定的压力传感器非

3、线性的依据是终点直线法测的终端压力。2.2.2方案二：BP300T压力传感器是专为电子医疗器械（电子电子血压计）开发的一款气体压力传感器，其外部结构图及内部结构原理图分别如图2-3、2-4所示：它具有结构简单、性能稳定、可靠性好、通用性强等优点，具有低廉的价格，替换性好等特点，其工作压力为300mmHg，能测量量程较小的气压或液体信号，其应用范围相对局限，是属于专用的一款传感器，主要适用于腕式/臂式电子血压计、医疗按摩器等需要控制气体压力的设备和器械中。该传感器的优缺点是整机结构紧凑、精度、过载倍数和可靠性

4、高，动作误差和温度系数小，成本较低，在各种实验室及医疗中能广泛应用，但封装要求较高，容易出现封装问题而影响测量精度。对比以上两种方案的性能特点可知，方案一的MPX53D型号压力传感器具有良好的线性输出特性，能适用多种液体环境，结构简单，可靠性强，可操作性强且经济，能容易满足设计要求，方案二的BP300T压力传感器虽然也能满足一些性能指标，但测量量程较小，主要是测量气压信号，是属于专用的一款传感器，其应用范围相对局限，其稳定性也相对较差，故选择方案一较为合理。第三章液位信号的放大电路模块设计3.1放大电路简介

5、放大即为增加电信号幅度或功率的电子电路。应用放大电路实现放大的装置称为放大器。它的核心是电子有源器件，如电子管、晶体管等。为了实现放大，必须给放大器提供能量。常用的能源是直流电源，但有的放大器也利用高频电源作为泵浦源。放大作用的实质是把电源的能量转移给输出信号。输入信号的作用是控制这种转移，使放大器输出信号的变化重复或反映输入信号的变化。现代使用最广的是以晶体管（双极型晶体管或场效应晶体管）放大电路为基础的集成放大器。大功率放大以及高频、微波的低噪声放大，常用分立晶体管放大器。高频和微波的大功率放大主要靠特

6、殊类型的真空管，如功率三极管或四极管、磁控管、速调管、行波管以及正交场放大管等。放大电路的前置部分或集成电路元件变质引起高频振荡产生"咝咝"声，检查各部分元件，若元件无损坏，再在磁头信号线与地间并接一个1000PF～0．047雾的电容，"咝咝"声若不消失，则需要更换集成块。在测量控制系统中，用来放大传感器输出的微弱电压，电流或电荷信号的放大电路称为测量放大电路，亦称仪用放大电路。3.2放大电路的主要特性指标放大电路的性能指标是衡量它的品质优劣的标准，并决定其适用范围。这里主要讨论放大电路的输入电阻、输出电阻

7、、增益、频率响应和非线性失真等几项主要性能指标。（1）输入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配；（2）一定的放大倍数和稳定的增益：放大倍数是描述一个放大电路放大能力的指标，其中电压放大倍数定义为输出电压与输入电压的变化量之比。当输入一个正弦测试电压是，也可用输出电压与输入电压的正弦向量之比来表示，即A=U出/U入于此类似，电流放大倍数定义为输出与输入电流的变化量之比，同样也可用二者的正弦向量之比来表示，即A=I出/I入需注意以上两个表达式只有在输出电压和输出电流基本上也是正弦波，即输出信号没有明显失真的情况下才有意

8、义。（3）低的输入失调电压和输入失调电流以及低的漂移如前所述的放大电路模型是极为简单的模型，实际的放大电路中总是存在一些电抗性元件，如电容、电感、电子器件的极间电容以及接线电容与接线电感等。因此，放大电路的输出和输入之间的关系必然和信号频率有关。放大电路的频率响应所指的是，在输入正弦信号情况下，输出随频率连续变化的稳态响应。若考虑电抗性元件的作用和信号角频率变量，则放大电路的电压增益可表达为由于通常有fLfH的关