王冬華　許智勇

摘要：隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，電機(jī)使用越來(lái)越頻繁，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高效轉(zhuǎn)換具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。在基于FPGA的大背景下，研究人員研發(fā)了一款高精度多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。文本通過(guò)了解該系統(tǒng)中的輸入濾波電路、三相電壓與電流的采集電路等情況，利用AD采樣程度的功能，來(lái)檢測(cè)采樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)科學(xué)性和合理性。

關(guān)鍵詞：FPGA;系統(tǒng)設(shè)計(jì);電機(jī)

中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）05-0154-01

1 系統(tǒng)硬件電路概述

1.1 多通道數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)的特點(diǎn)

在基于FPGA的大背景下，多通道數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)有著固定的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。該系統(tǒng)的硬件電路有固定的程序發(fā)展模式。而永磁直接電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)亦有固定的步驟流程，它利用霍爾傳感器傳感作用，將三相電流電壓傳送到濾波電路，濾波電路運(yùn)用數(shù)據(jù)處理能力，將相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為模擬量信號(hào)，然后通過(guò)AD7606芯片的轉(zhuǎn)換功能，變成數(shù)字信號(hào)，最后傳送到FPGA，通過(guò)算法處理的方式來(lái)保證控制電機(jī)的運(yùn)行。

1.2 基于FPGA下，采集電機(jī)的電流電壓

三相電流和三相電壓存在于永磁直線電機(jī)中，采集系統(tǒng)為了更好地采集電流電壓，可以利用霍爾電流傳感器LA55P和霍爾電壓傳感器LEM_LV25P的采集功能，研究人員在運(yùn)用霍爾效應(yīng)原理的基礎(chǔ)上，研發(fā)了霍爾電流傳感器，再根據(jù)安培定律。實(shí)現(xiàn)電流霍爾線圈能順利與直線電機(jī)導(dǎo)線相接觸，保證載流導(dǎo)體附近存在磁場(chǎng)，由于系統(tǒng)采樣電流情況與霍爾器件所存在的磁場(chǎng)情況成正相關(guān)關(guān)系。電流信號(hào)保存在傳感器采樣后，再經(jīng)過(guò)RC濾波電路和過(guò)采樣電阻，最后到達(dá)輸出端，電壓電流采集電路經(jīng)過(guò)處理，其所輸出的電壓信號(hào)會(huì)進(jìn)入到AD采樣濾波電路中，以此完成整個(gè)流轉(zhuǎn)過(guò)程[1]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

2.1 AD7606的運(yùn)行情況

根據(jù)AD7606的工作情況，電流電壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在利用并行模式的基礎(chǔ)上，與AD進(jìn)行轉(zhuǎn)換，采集系統(tǒng)能對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，其工作原理為先將一個(gè)高電平脈沖信號(hào)發(fā)送到在RESET引腳，利用高電平脈沖的作用，實(shí)現(xiàn)AD7606的復(fù)位，然后再發(fā)送一個(gè)低電平脈沖信號(hào)到CONVSTB和CONVSTA引腳，以此來(lái)促使AD轉(zhuǎn)換，將BUSY引腳轉(zhuǎn)化成高電平，在AD進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，AD轉(zhuǎn)換會(huì)發(fā)生變化，一旦AD轉(zhuǎn)換完成后，BUSY引腳會(huì)轉(zhuǎn)換成低電平，并且對(duì)AD7606開(kāi)展讀處理，并行數(shù)據(jù)總線會(huì)形成的大量數(shù)據(jù)信息，而AD7606會(huì)對(duì)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行讀取。AD7606能夠同步采樣全部8路模擬輸入通道的信息。一旦兩個(gè)CONVST引腳交接起來(lái)時(shí)，全部的通過(guò)進(jìn)入同步采樣狀態(tài)。BUSY信號(hào)下降沿會(huì)發(fā)生變化，促進(jìn)多個(gè)采樣保持放大器客進(jìn)行轉(zhuǎn)換，保證其回復(fù)到跟蹤模式。BUSY下降沿還能從并行總線DB進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，將八個(gè)通道的信息進(jìn)行讀取處理[2]。

2.2 軟件的特點(diǎn)

Quartus II軟件的架構(gòu)以ad706test.v作為頂層程序，它直接影響到AD7606 模塊、FPGA和串口的信號(hào)處理，將相關(guān)信號(hào)進(jìn)行輸出輸入處理。有三個(gè)子程序存在于實(shí)例化，ad7606.v是用于AD數(shù)據(jù)采集的程序，它是第一子程序，按照AD7606的工作原理，先將八路模擬AD信號(hào)進(jìn)行采集，然后將其轉(zhuǎn)化，變成16 BIT數(shù)據(jù)，利用程序?qū)ON-VSTAB信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換發(fā)送，將其傳送到AD7606，然后促進(jìn)AD轉(zhuǎn)換，一旦BUSY信號(hào)轉(zhuǎn)換為低電平，再對(duì)AD通道進(jìn)行逐級(jí)數(shù)據(jù)處理，對(duì)1至8的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。volt-cal.v主要是用于AD數(shù)據(jù)電壓轉(zhuǎn)換的程序，volt-cal.v屬于第二子程序，AD數(shù)據(jù)采集程序所采集到的數(shù)據(jù)，會(huì)被volt-cal.v轉(zhuǎn)換成正負(fù)符號(hào)形式的數(shù)據(jù)，利用公式的作用將Bit[14：0]變換成電壓值，然后再將電壓值從16進(jìn)制的形式轉(zhuǎn)換成BCD碼。串口發(fā)送程序是第三子程序，利用程序?qū)崿F(xiàn)定時(shí)通過(guò)uart，保證PC能接收到8路電壓數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)測(cè)試和程序仿真情況

3.1 程序仿真情況

利用Quartus II軟件的強(qiáng)大功能，可能實(shí)現(xiàn)將AD轉(zhuǎn)換程序進(jìn)行仿真、調(diào)試和編寫。

3.2 AD采集系統(tǒng)測(cè)試情況

高精度的電壓表在AD采集系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)表現(xiàn)與外加電壓數(shù)據(jù)有所不同，依據(jù)AD7606實(shí)際測(cè)量精度情況，在負(fù)五伏到正五伏電壓輸入測(cè)量值0.5MV，測(cè)試八個(gè)通道影響四個(gè)模擬電壓的情況，電壓表測(cè)量的結(jié)果為基準(zhǔn)電壓，其余的數(shù)據(jù)是AD7606的轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)，測(cè)試結(jié)果：基準(zhǔn)電壓64mV，CH1-CH8測(cè)量值分別為63.7，64.2，64.0，63.7，63.7.63.6，64.5，63.8，基準(zhǔn)電壓1542.6mV，CH1-CH8測(cè)量值分別為1542.9，1543.2，1543.4，1543.1，1543.1，1543.0，1543.8，1542.6，基準(zhǔn)電壓3050mV，CH1-CH8測(cè)量值分別為2050.9，3050.3，3051.6，3050.6，3050.3，3050.9，3050.1，3050.0，基準(zhǔn)電壓4528.7mV，CH1-CH8測(cè)量值分別為4529.2，4529.8，4530.6，4530.0，4529.7，4530.1，4530.4，4529.1。

由以上結(jié)果可知，AD7606的測(cè)量誤差可以控制在較小范圍內(nèi)，誤差值在0.5MV以下，因此，利用此方法可以保證多通道AD采樣的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)誤差小、精度高的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)直線電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況，針對(duì)三相電流和三相電壓的特點(diǎn)，要充分發(fā)揮AD7606的作用，保證其采集三相電流和三相電壓的效果，利用其多通道采樣硬件電路的功能，實(shí)現(xiàn)與AD轉(zhuǎn)換程序的目的，通過(guò)比較電壓表所測(cè)量出來(lái)的情況，進(jìn)步了解AD轉(zhuǎn)換的質(zhì)量和效果，由最后的測(cè)試數(shù)據(jù)可知，系統(tǒng)AD采樣達(dá)到如期理想效果，有效降低了誤差，提高了精度。有效地解決了電壓電流的采樣困難，積極發(fā)展了直接推力控制算法的功能，保證了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性科學(xué)性。為解決電壓電流的采樣問(wèn)題提供了新方向新方法。

參考文獻(xiàn)

[1] 李宇，劉崇慶，呂立鈞，譚洪舟.基于4通道時(shí)間交織的FPGA 高速采樣系統(tǒng)[J].電子技用，2018，44（01）：52-56.

[2] 張言.基于 FPGA 的多通道高精度AD采樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，16（03）：20-23.