引言

　　隨著經濟的不斷發展和各地物流業的不斷擴大。有些人為了追求更高的局部利益，往往會擅自改裝運輸工具，增大車載量，從而導致超載現象屢見不鮮。根據“四次方原則”，車輛超載給我國的公路，橋梁等交通基礎設施帶來了極大的破壞力。

　　動態稱重系統能夠在車輛行駛過程中得知其重量，該系統由于不會給交通帶來堵塞而受到各交通部門的青睞。由于動態稱重過程中得到的信號是短歷程、非平穩信號，信號中混雜了很多于攏信號。因此，為了凈化信號，本設計引入了小波分析去噪和神經網絡等新型算法，但這些算法計算量大的缺點嚴重影響到系統的運行效率，即系統只有等整個算法運行完后，才能開始新一輪的數據采集。為此，目前一些動態稱重系統使用多CPU來解決這個問題，但這又增加了系統靈活性和復雜性，而且成本也會提高。

　　為了解決上述問題.本文設計了一個基于CPLD的數據采集通道，以配合動態稱重系統完成對動態稱重信號的數據采集。

　　1 系統結構

　　本動態稱重系統的結構框圖如圖1所示。圖中，稱重傳感器將壓力變換成電信號，并經放大濾波電路后送入ADC進行模數轉換，然后將數字信號寫入到CPLD中的一存儲體中。該存儲體存滿后，CPLD將向處理器申請DMA傳輸，同時將新AD值寫入到另一存儲體中。本動態稱重系統采用S3C44B0X處理器，并將處理器內部ZDMA設置為全服務模式(whole service mode)。當DMA結束時，系統將輸出清零信號以將當前讀的CPLD存儲體清空。

　　2 系統設計

　　2.1 放大電路的設計

　　選用CS-l型稱重傳感器主要是因為該傳感器線性度好，重復性好，具有自動復位和抗偏抗伸能力，而且安裝使用方便，互換性好。

　　本系統采用鉸鏈式稱重平臺。為了使平臺更穩定設計時采用兩個傳感器來支撐載荷，兩傳感器輸出的信號分別經儀表放大器放大和濾波，然后再疊加并經濾波電路送給ADC電路。

　　由于ADC芯片MAX120為差分輸入，故可將其中一路信號反相后，再送入ADC電路，這樣便可實現兩路信號的疊加。

　　2.2 ADC電路的設計

　　MAX120是集采樣保持電路和精密電源電路于一體的12位ADC，它的轉換時間是1.6μs，采樣率是500 ksps，內外采樣模式可選。

　　本系統的采樣速率為100 kbps，MAX120工作在模式5，即連續轉換模式，圖2是其連續轉換的ADC電路。在該模式下，MAX120每14個時鐘完成一次轉換，所以要求輸入時鐘為1.4 MHz，該時鐘可由處理器輸出的時鐘經CPLD分頻得到。

　　本電路使用內部精密參考電源。傳感器的信號經濾波放大后送到MAX120，再經內部采樣保持電路后便開始轉換，然后經14個時鐘周期后完成一次轉換，此時INT/BUSY變為低電平，并由D0～D12送出轉換后的數字信號，并一直保持到下一次轉換結束。圖3是MAX120在模式5下的時序。該電路用INT/BUSY作為串行時鐘，并利用其下降沿將轉換后的數據打入CPLD中的存儲體。

　　2.3 CPLD模塊設計

　　EDA技術的快速發展使FPGA/CPLD的片上資源越來越豐富，尤其是其高速性能和片上RAM，使其特別適用于數據采集的設計。本設計選用Altera公司的FLEX10K30E器件.該器件含有8個EAB(嵌入式陣列)，每個EAB能夠提供4K位存儲位，每個EAB都有雙口RAM實現能力：芯片可提供30000邏輯門;門級延時僅6.5 ns。本系統中的CPLD設計主要包含地址發生器、雙端口RAM、控制邏輯等，其功能框圖如圖4所示。

　　系統上電后，ADC一直處于連續轉換模式。為了對軸重的全程信號(車輪上稱重板到離開稱重板的檢測信號)進行記錄，CPLD模塊內部設計有一比較器。可當重量達到一定值時(認為有效軸重)，打開與門以開始將AD值存儲存儲體中;而當AD值低于有效軸重時，認為是車輪離開稱重板，此時將關閉與門并產生DMA請求，以請求將數據取走。

　　為了進一步提高數據存取的效率，設計中采用了換體存儲技術，即將2 K字的存儲器分為兩個存儲體I和II，I的地址為0x000～0x3FF，II的地址為0x400～0x7FF，它們均設計為雙口RAM。分為兩個存儲體的好處是在向I寫數據時.處理器可以同時從II讀取數據，反之亦然，這樣便可提高數據的訪問效率，同時可簡化雙口RAM的設計難度(如單元的讀寫不再會產生沖突)。

　　系統中的地址發生器是10位的加法計數器，它以MAX120的轉換信號INT/BUSY作為計數脈沖，其計數值可作為存儲體的地址，并在AD轉換完后由計數器產生一新單元地址，同時將AD值鎖存到數據緩沖中，并將數據存儲到該存儲單元中。當地址發生器地址越界時(存儲體I或II滿)，系統便向處理器發出DMA請求。

　　DMA處理結束后，由處理器產生DMA結束中斷。在中斷程序中，由軟件將源地址設為另一存儲體的地址，并激活清0信號CLR，以將剛讀過的存儲體清0，以便在下次DMA請求時傳輸另一存儲體的數據。需要說明的是本系統中的處理器心須在10 ms內響應DMA操作，否則，存儲體中的數據可能被破壞。

　　3 結束語

　　在高速數據采集電路中用CPLD來實現數據換體存儲及一些復雜的時序邏輯功能，可使電路大大簡化;同時與處理器配合并采用DMA數據傳輸方式可提高系統的運行效率。事實上，本系統是針對動態穩重系統而設計的數據在采集電路，具有一定的通用性。