王天雄 严利民 高辉

    随着微电子技术的发展，采用现场可编程门阵列(fpga)进行数字信号处理得到了飞速发展。由于fpga具有现场可编程的特点，可以实现专用集成电路，因此越来越受到硬件电路设计工程师们的青睐。

    目前，在自动化监测与控制仪器和装置中，大多以8位或16位mcu为核心部件。然而伴随着生产技术的进步和发展，对监测与控制的要求也在不断提高，面对日益复杂的监测对象和控制算法，传统的mcu往往不堪重负。把fpga运用到这些仪表和设备中，可以减少这些仪器、设备的开发周期，大幅度提升这些仪器的性能，减少总成本和体积。

    在低阻值、高精度线圈电阻测试仪中关键部分用fpga硬件电路来实现，可以节省系统的面积开销、减少所用的芯片数和pcb板块数，提升系统性能，并降低成本。

    低阻值、高精度测试仪系统结构介绍

    系统的待测体是一个绕有三组铜线圈的机构，外形尺寸大约是7×7×6(mm)，外形结构较复杂。由于系统要通过测量待测线圈的阻值，来确定线圈的圈数，因此，要求有比较高的测量精度。按照工厂流水线作业的要求，待测体电阻值均在5q以下，测量精度在±0.01ω以内，反应速度在0.8s以内。整个测试系统由数据采样模块、数据处理模块和显示输出模块组成，系统的原理框图如图1所示。

    数据采样部分

    由于本系统要对微小电阻进行精确测量，因此采用四引线制测量法，配以高精度、低温漂的恒流源。本系统的a／d转换芯片采用intersil公司的三位半a／i)转换器icl7107，恒流源产生的10ma电流流经待测线圈，产生一个与线圈阻值成正比的压降。此压降通过三位半a／d转换器直接转换为七段码形式的十进制数据流，直接送至显示输出部分，由led数码管显示输出。

    数据处理部分

    这部分有三个功能：

    (1)将a／d转换器输出的七段码形式的数据转换为bcd码；

    (2)将转换好的的bcd码数据进行相减，实现电阻值求差功能；

    (3)将转换好的bcd码数据与设定的上下限进行比较，第2步得到的电阻差值与基准比较值进行比较，实现比较功能。

    本文着重介绍这一部分的原理以及实现。针对数据处理部分，这一部分功能可以采用三种方案来实现：

    (1)采用alu和7485系列芯片来实现，这种方案需要6个alu单元(3片处理4位bcd减法的单元和3片处理借位的单元)和18片74ls85芯片(作为数字比较器)，占用相当大的系统面积，并且看起来非常繁琐功能复杂，不直观。时间延迟大，测量误差也比较大。

    (2)完全采用数字组合逻辑电路来实现，这一方案设计门槛比较低，但是占用的系统面积、功耗和测量误差比第一种方案大的多，达到较难以实现的地步。

    (3)采用fpga来实现，把本部分要实现的功能完全集成在一块fpga上，与上述两个方案比较，大大节省面积，系统功能让人一目了然，而且仪器稳准度更高，反应速度更快

    显示输出部分

    该部分有led显示灯(红、绿)和led数码管组成，根据输入显示相应结果。

    fpga实现的数据处理功能

    测试仪中通过待测线圈的压降通过三位半a／i)转换器icl7107后，一输出的数据(samplel、sample2)均为七段码形式的十进制三位数(个、十、百位)，要求与两个可调的上下限(bcd码拨码输入)进行比较，若在比较限度内则亮绿灯(greenl、green2)，否则亮红灯(rerll、red2)。另外，两个采样值相减，若其差值(sub)在固定范围以内则亮绿灯(green3)，否则亮红灯(red3)。所有的绿灯亮，总控的绿灯(greerl)才亮，否则，总控红灯(red)亮。设计方案按照top—down的思想对系统进行整体功能划分，再以b