引言

隨著經濟的不斷發(fā)展和各地物流業(yè)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(tài)稱重系統(tǒng)能夠在車輛行駛過程中得知其重量，該系統(tǒng)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(tài)稱重過程中得到的信號是短歷程、非平穩(wěn)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(tǒng)的運行效率，即系統(tǒng)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(tài)稱重系統(tǒng)使用多CPU來解決這個問題，但這又增加了系統(tǒng)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(tài)稱重系統(tǒng)完成對動態(tài)稱重信號的數據采集。

1 系統(tǒng)結構

本動態(tài)稱重系統(tǒng)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(tài)稱重系統(tǒng)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(tǒng)將輸出清零信號以將當前讀的CPLD存儲體清空。

2 系統(tǒng)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(tǒng)采用鉸鏈式稱重平臺。為了使平臺更穩(wěn)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(tǒng)的采樣速率為100 kbps，MAX120工作在模式5，即連續(xù)轉換模式，圖2是其連續(xù)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?yōu)榈碗娖?，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(fā)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(tǒng)中的CPLD設計主要包含地址發(fā)生器、雙端口RAM、控制邏輯等，其功能框圖如圖4所示。

系統(tǒng)上電后，ADC一直處于連續(xù)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?？僧斨亓窟_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(tǒng)中的地址發(fā)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(fā)生器地址越界時（存儲體I或II滿），系統(tǒng)便向處理器發(fā)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(tǒng)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(tǒng)的運行效率。事實上，本系統(tǒng)是針對動態(tài)穩(wěn)重系統(tǒng)而設計的數據在采集電路，具有一定的通用性。