基于單片機和FPGA的位移測量裝置的設(shè)計

器廣泛應(yīng)用于工業(yè)和控制領(lǐng)域，如過程檢測、物理測量和自動控制等。由于其測量精度不高，往往滿足不了社會需求，也限制了傳感器的應(yīng)用。因此，這里設(shè)計了一套基于單片機和fpga的位移測量裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的精度測量，同時也能夠達(dá)到較高的線性度，能夠在各種惡劣環(huán)境下替代人工工作，實現(xiàn)較高精度的測量，并具有一定的實用價值。 1 整體設(shè)計方案及實現(xiàn)框圖 系統(tǒng)整體實現(xiàn)框圖如圖1所示，由信號產(chǎn)生部分、差分放大部分、變壓器耦合部分、信號處理部分、數(shù)據(jù)采樣部分和處理及顯示部分組成。利用dds技術(shù)產(chǎn)生的信號經(jīng)ths4503的差分放大之后送入差動變壓器，差動變壓器輸出的信號經(jīng)放大、整流以及濾波處理之后送入maxl97采樣，采樣得到的數(shù)據(jù)經(jīng)處理單元處理后在lcd上顯示測得的位移量。 圖1 系統(tǒng)整體實現(xiàn)框圖 2 理論分析與計算 2．1 dds信號產(chǎn)生理論分析 在系統(tǒng)時鐘頻率和相位累加器位數(shù)一定的情況下，輸出波形頻率由頻率控制字決定。設(shè)m為所設(shè)計的相位累加器的位數(shù)，n為頻率控制字，則dds系統(tǒng)輸出信號的頻率為 實驗中，激勵信號的頻率是100 khz，采用的時鐘頻率是40 mhz，頻率控

TI 16 位 10MSPSΔ-Σ 轉(zhuǎn)換器

dr 以及 -94db 的總諧波失真 (thd) 則能夠完美適用需要更高精度信號測量的高速度應(yīng)用。 紋波低于 0.0002db 的 4.4mhz通頻帶可以提供寬帶信號處理，而片上數(shù)字濾波器與 sar 及管線轉(zhuǎn)換器相比則可以簡化抗混淆 (anti-alias) 需求。該器件的工作電壓為 +5v模擬電源以及 +3v 數(shù)字電源。 優(yōu)化的 ads1610 可與 ti 高性能 tms320™ dsp 平臺協(xié)同工作。ti 廣泛的寬帶放大器產(chǎn)品系列正好適用于驅(qū)動 ads1610 的模擬輸入，如 ths4503 與 ths4509 等。 ads1610 能夠與 ti 先前推出的 ads1605（16 位 5msps adc）與 ads1625（18位 2.5msps adc）實現(xiàn)引腳兼容，從而提供了簡便的升級路徑。 ads1610 目前正在提供樣片，預(yù)計將于 2004 年第三季度投入量產(chǎn)。該器件采用tqfp-64 封裝，批量為 1,000 片時建議零售單價為 29.95 美元。此外，評估板 (evm) 也將同步上市。 來源:零八我的愛

USB接口的高速數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)計與實現(xiàn)

的閃速adc對輸入電壓量化，由dac產(chǎn)生一個對應(yīng)于量化結(jié)果的電壓并與輸入電壓作差，輸出電壓放大2倍后送到下一級流水線處理。每級流水線提供1位的分辨率，并進(jìn)行差錯校正，得到良好的線性和低失調(diào)。 max1449提供一個2.048v的精確帶隙基準(zhǔn)源，用來設(shè)定adc滿量程范圍，也可以用外部基準(zhǔn)源改變量程范圍。max1449的最大差分輸入電壓范圍為2v。2.3 輸入信號處理電路max1449芯片的輸入信號為差分輸入時有最佳的采樣效果。在本系統(tǒng)中用ti的hts4503作為單端輸入到差分輸出的轉(zhuǎn)換電路。ths4503高性能的全差分運放，帶寬可達(dá)270mhz，具有非常好的線性，在100mhz下可支持11位的a/d轉(zhuǎn)換要求，適合作為a/d變換的前端接口電路。具體電路見圖3所示。2.4 fifo和時鐘發(fā)生電路高速a/d變換的數(shù)據(jù)不能直接通過usb送入主機，系統(tǒng)中通過fifo來緩沖數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)采用ti公司sn74v293芯片。它的容量為65536×18或131072×9，最快讀寫周期為6ns，可以滿足100mhz采樣數(shù)據(jù)的存儲。用戶可以選擇輸入、輸出寬度，當(dāng)選擇輸入、輸出寬度為18時，可存儲64

一種THS4503來做差分放大電路圖

　　本文介紹了THS4503構(gòu)成的差分放大電路；從低通濾波器輸出的信號需經(jīng)過差分放大器放大后輸出一對差分信號為變壓器的初級線圈提供電壓。具體電路圖如下圖所示。

• USB接口的高速數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)計與實現(xiàn)

  dc對輸入電壓量化，由dac產(chǎn)生一個對應(yīng)于量化結(jié)果的電壓并與輸入電壓作差，輸出電壓放大2倍后送到下一級流水線處理。每級流水線提供1位的分辨率，并進(jìn)行差錯校正，得到良好的線性和低失調(diào)。 max1449提供一個2.048v的精確帶隙基準(zhǔn)源，用來設(shè)定adc滿量程范圍，也可以用外部基準(zhǔn)源改變量程范圍。max1449的最大差分輸入電壓范圍為2v。 2.3 輸入信號處理電路 max1449芯片的輸入信號為差分輸入時有最佳的采樣效果。在本系統(tǒng)中用ti的hts4503作為單端輸入到差分輸出的轉(zhuǎn)換電路。ths4503高性能的全差分運放，帶寬可達(dá)270mhz，具有非常好的線性，在100mhz下可支持11位的a/d轉(zhuǎn)換要求，適合作為a/d變換的前端接口電路。具體電路見圖3所示。 2.4 fifo和時鐘發(fā)生電路 高速a/d變換的數(shù)據(jù)不能直接通過usb送入主機，系統(tǒng)中通過fifo來緩沖數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)采用ti公司sn74v293芯片。它的容量為65536×18或131072×9，最快讀寫周期為6ns，可以滿足100mhz采樣數(shù)據(jù)的存儲。用戶可以選擇輸入、輸出寬度，當(dāng)選擇輸入、輸出寬度為18時，可存儲64k×10位的

THS4503構(gòu)成的差分放大電路及原理

電源采用±5 v雙電源供電，ths4503的2個輸出端經(jīng)2個阻值為12 ω的隔離電阻與變壓器的初級線圈的兩端相連接。由于激勵信號的頻率固定為100 khz，所以在差分放大器的反饋電阻上加上電容，起到濾波與避免自激的效果。從低通濾波器輸出的信號需經(jīng)過差分放大器放大后輸出一對差分信號為變壓器的初級線圈提供電壓。 來源:陰雨