基于FPGA的多通道高精度AD采样系统设计

王冬华　许智勇

摘要：随着我国科学技术的不断发展进步，电机使用越来越频繁，实现电机的高效转换具有非常重要的现实意义。在基于FPGA的大背景下，研究人员研发了一款高精度多通道数据采集系统。文本通过了解该系统中的输入滤波电路、三相电压与电流的采集电路等情况，利用AD采样程度的功能，来检测采样系统设计科学性和合理性。

关键词：FPGA;系统设计;电机

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）05-0154-01

1 系统硬件电路概述

1.1 多通道数据采样系统的特点

在基于FPGA的大背景下，多通道数据采样系统有着固定的结构特点。该系统的硬件电路有固定的程序发展模式。而永磁直接电机的运转亦有固定的步骤流程，它利用霍尔传感器传感作用，将三相电流电压传送到滤波电路，滤波电路运用数据处理能力，将相关数据转化为模拟量信号，然后通过AD7606芯片的转换功能，变成数字信号，最后传送到FPGA，通过算法处理的方式来保证控制电机的运行。

1.2 基于FPGA下，采集电机的电流电压

三相电流和三相电压存在于永磁直线电机中，采集系统为了更好地采集电流电压，可以利用霍尔电流传感器LA55P和霍尔电压传感器LEM_LV25P的采集功能，研究人员在运用霍尔效应原理的基础上，研发了霍尔电流传感器，再根据安培定律。实现电流霍尔线圈能顺利与直线电机导线相接触，保证载流导体附近存在磁场，由于系统采样电流情况与霍尔器件所存在的磁场情况成正相关关系。电流信号保存在传感器采样后，再经过RC滤波电路和过采样电阻，最后到达输出端，电压电流采集电路经过处理，其所输出的电压信号会进入到AD采样滤波电路中，以此完成整个流转过程[1]。

2 系统设计概述

2.1 AD7606的运行情况

根据AD7606的工作情况，电流电压数据采集系统在利用并行模式的基础上，与AD进行转换，采集系统能对相关数据进行读取，其工作原理为先将一个高电平脉冲信号发送到在RESET引脚，利用高电平脉冲的作用，实现AD7606的复位，然后再发送一个低电平脉冲信号到CONVSTB和CONVSTA引脚，以此来促使AD转换，将BUSY引脚转化成高电平，在AD进行转换时，AD转换会发生变化，一旦AD转换完成后，BUSY引脚会转换成低电平，并且对AD7606开展读处理，并行数据总线会形成的大量数据信息，而AD7606会对这些数据信息进行读取。AD7606能够同步采样全部8路模拟输入通道的信息。一旦两个CONVST引脚交接起来时，全部的通过进入同步采样状态。BUSY信号下降沿会发生变化，促进多个采样保持放大器客进行转换，保证其回复到跟踪模式。BUSY下降沿还能从并行总线DB进行数据读取，将八个通道的信息进行读取处理[2]。

2.2 软件的特点

Quartus II软件的架构以ad706test.v作为顶层程序，它直接影响到AD7606 模块、FPGA和串口的信号处理，将相关信号进行输出输入处理。有三个子程序存在于实例化，ad7606.v是用于AD数据采集的程序，它是第一子程序，按照AD7606的工作原理，先将八路模拟AD信号进行采集，然后将其转化，变成16 BIT数据，利用程序对CON-VSTAB信号进行转换发送，将其传送到AD7606，然后促进AD转换，一旦BUSY信号转换为低电平，再对AD通道进行逐级数据处理，对1至8的数据进行读取。volt-cal.v主要是用于AD数据电压转换的程序，volt-cal.v屬于第二子程序，AD数据采集程序所采集到的数据，会被volt-cal.v转换成正负符号形式的数据，利用公式的作用将Bit[14：0]变换成电压值，然后再将电压值从16进制的形式转换成BCD码。串口发送程序是第三子程序，利用程序实现定时通过uart，保证PC能接收到8路电压数据。

3 系统测试和程序仿真情况

3.1 程序仿真情况

利用Quartus II软件的强大功能，可能实现将AD转换程序进行仿真、调试和编写。

3.2 AD采集系统测试情况

高精度的电压表在AD采集系统中的数据表现与外加电压数据有所不同，依据AD7606实际测量精度情况，在负五伏到正五伏电压输入测量值0.5MV，测试八个通道影响四个模拟电压的情况，电压表测量的结果为基准电压，其余的数据是AD7606的转化数据，测试结果：基准电压64mV，CH1-CH8测量值分别为63.7，64.2，64.0，63.7，63.7.63.6，64.5，63.8，基准电压1542.6mV，CH1-CH8测量值分别为1542.9，1543.2，1543.4，1543.1，1543.1，1543.0，1543.8，1542.6，基准电压3050mV，CH1-CH8测量值分别为2050.9，3050.3，3051.6，3050.6，3050.3，3050.9，3050.1，3050.0，基准电压4528.7mV，CH1-CH8测量值分别为4529.2，4529.8，4530.6，4530.0，4529.7，4530.1，4530.4，4529.1。

由以上结果可知，AD7606的测量误差可以控制在较小范围内，误差值在0.5MV以下，因此，利用此方法可以保证多通道AD采样的质量，实现误差小、精度高的效果。

4 结语

根据直线电机直接转矩控制系统的运行情况，针对三相电流和三相电压的特点，要充分发挥AD7606的作用，保证其采集三相电流和三相电压的效果，利用其多通道采样硬件电路的功能，实现与AD转换程序的目的，通过比较电压表所测量出来的情况，进步了解AD转换的质量和效果，由最后的测试数据可知，系统AD采样达到如期理想效果，有效降低了误差，提高了精度。有效地解决了电压电流的采样困难，积极发展了直接推力控制算法的功能，保证了整个系统的可靠性科学性。为解决电压电流的采样问题提供了新方向新方法。

参考文献

[1] 李宇，刘崇庆，吕立钧，谭洪舟.基于4通道时间交织的FPGA 高速采样系统[J].电子技用，2018，44（01）：52-56.

[2] 张言.基于 FPGA 的多通道高精度AD采样系统设计[J].常州信息职业技术学院学报，2017，16（03）：20-23.