溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是工業生產中常見和最基本的參數之一，在生產過程中常常需要對溫度進行監控。傳統的溫度采集系統，通常采用單片機或數字信號處理器DSP作為微控制器，控制模數轉換器ADC及其他外圍設備的工作;但是，基于單片機或DSP的高速多路溫度采集系統都有一定的不足。由于單片機運行的時鐘頻率較低，并且單片機是基于順序語言的，各種功能都要靠軟件的運行來實現，因此隨著程序量的增加，如果程序的健壯性不好，會出現“程序跑飛”和“復位”現象。DSP的運算速度快，處理復雜的乘加運算有一定的優勢，但是很難完成外圍設備的復雜硬件邏輯控制。因而單片機或DSP很難滿足在復雜的工業現場進行多路溫度采集時對實時性和同步性的要求。鑒于此，本文介紹一種基于SOPC技術的多通道實時溫度采集系統。該系統開發周期短、資源配置靈活、穩定性良好，滿足了對溫度采集實時性和同步性有較高要求的工業生產領域中的應用。

　　1系統的總體結構

　　溫度采集系統的硬件主要由溫度采集模塊、數據存儲模塊、FPGA邏輯控制模塊以及通信模塊組成，其總體架構如圖1所示。

　　圖1系統總體架構

　　系統上電后，先由靜態存儲器EPCS16自動將配置數據載入到FPGA(CycloneII系列的EP2C8Q208C)的SDRAM(HY57V641620)之中，即將固化在其中的數字邏輯電路映射到FPGA器件中。溫度傳感器單元AD590首先采集溫度信號，然后經過信號調理電路的處理，使信號的輸出幅度滿足A/D采樣的量程要求。此時FPGA控制模擬選擇開關ADG706進行通道選擇，同時控制多片16位A/D轉換器ADS8402進行A/D轉換，并將采集到的實時數據分時存儲到兩片類型為FIFO、容量為16K×9位的存儲器IDT72V06中。然后，將其中處于讀狀態的IDT72V06中的數據讀取出來，并經過FPGA控制SPC3通信模塊，通過PROFIBUS總線傳送至上位機。

　　2溫度采集系統設計

　　2.1溫度采集模塊

　　溫度采集模塊由多片溫度傳感器單元、多路信號調理電路、多路模擬開關電路以及多路A/D轉換器四大部分組成。

　　溫度傳感器單元采用熱電偶。它具有以下優點：測溫范圍寬，性能穩定;測量精度高，熱電偶與被測對象直接接觸，不受中間介質的影響;熱響應時間快，熱電偶對溫度變化反應靈活;測量范圍大，-40～+1600℃均可連續測溫;性能牢靠，機械強度好;壽命長，按裝方便，特別適合于在復雜的工業生產過程中對溫度的實時檢測。

　　多路模擬開關電路選用16路模擬選擇開關ADG706.其4位地址位。A0、A1、A2、A3的輸入直接由FPGA的I/O端口CH0、CH1、CH2、CH3控制，決定16路輸入信號中要輸出的通道，每條通道選擇指令將同時啟動多片ADG706相應的溫度采集通道。然后啟動相應的溫度采集通道進行A/D轉換。本設計采用高速逐次逼近寄存器(SAR)類比數位轉換器ADS8402，多片ADS8402A/D轉換器的啟動轉換引腳共用FPGA的一個I/O端口A/D Start.ADS8402A/D轉換結果的高、低字節控制引腳BYTE及ADS8402的數據輸出控制，分別由FPGA單獨的I/O控制。FPGA每給A/DStart端口一個100ns的負脈沖，即可啟動多片ADS8402進行相應通道上的數據采集。轉換結束后，可通過控制BYTE端口讀取A/D轉換結果，并暫存到相應的數據單元。

　　2.2數據存儲模塊

　　多通道采集信號的路數多、處理的數據量大，需要外擴數據存儲模塊來緩存FPGA處理結果。與此同時，由于上位機的多任務性，它不可能專一對并行口讀取數據，為了保證FPGA控制核心與上位機通信一次性讀取大量數據，本系統用到了2片異步FIFO芯片IDT72V06，其存儲容量16K×9位，存取時間15 ns，其中一片用來對采集過來的數據進行存儲，另一片用來讀取存儲在FIFO中的采集數據，以便與上位機進行并行口通信。系統運行過程中，兩片FIFO位擴展進行雙緩存乒乓控制，輪流進行讀寫操作，可大大提高并口通信速度及數據吞吐量。

　　2.3通信模塊

　　PROFIBUS—DP是一種經過優化的高速、廉價的通信連接方式，專為自動控制系統和設備級的分散I/O之間的通信而設計，用于分布式控制系統的高速數據傳輸，實現自控系統和分散外圍I/O設備及智能現場儀表之間的高速數據通信。SPC3集成了全部的PROFIBUS—DP協議，SP C3在DP方式下將完成所有DP—SAP的設置。

　　SPC3內部集成了1.5 KB的雙口RAM，包括參數寄存器、方式寄存器、狀態寄存器和中斷控制器等。SPC3內部集成的看門狗定時器有3種工作狀態：波特率檢測、波特率控制和從站控制。內部的USART可實現并行數據流和串行數據流的相互轉換，微順序控制器控制整個工作過程，空閑定時器直接控制串行總線時序。通信模塊的設計選用了PROFIBUS—DP專用通信協議芯片SPC3，這樣可加速通信的執行，而且可以減輕微處理器的負擔。