基于FPGA+SOPC的石英振梁谐振式传感器测试系统技术方案

基于FPGA+SOPC的石英振梁谐振式传感器测试系统，石英振梁谐振式传感器输出的双路待测方波信号经过方波整形模块，得到待测标准方波信号输入FPGA单元中的等精度频率测量模块，完成基准信号和待测信号的上升沿计数；同时，温度传感器的输出通过IIC总线接口与测温模块实时通讯，再通过SOPC将基于Verilog HDL的测频测温电路封装成自定义IP核，进而建立SOPC模块，通过NIOSII控制器实现频率值和温度值的浮点解算、LCD显示和串口传输等功能，本发明专利技术简化了硬件电路，降低功耗、体积和成本，实现了双路频率信号的同步、高精度、连续、快速采集和温度值的实时监测，还具备集成化程度高、易扩展的特点。

Resonant vibration sensor testing system of quartz vibrating beam based on FPGA+SOPC

Quartz vibrating beam resonant sensor test system based on FPGA+SOPC dual quartz vibrating beam resonant sensor output square wave signal to be measured by square wave shaping module, the measured results of standard square wave signal input unit FPGA in precision frequency measurement module, complete reference signal and increase the signal to be measured along the count; at the same time the temperature sensor, the output through the IIC bus interface and the temperature measurement module of real-time communication, the frequency measurement circuit package Verilog HDL core based on a custom IP through SOPC, and established SOPC module through the floating-point NIOSII controller to realize the frequency value and the temperature value of the solution, LCD display and serial communication functions, the invention simplifies the hardware circuit, reduce power consumption, size and cost, realize real-time monitoring, high precision, synchronous dual frequency continuous signal, fast acquisition and temperature value, It also has the characteristics of high integration and easy expansion.

【技术实现步骤摘要】
基于FPGA+SOPC的石英振梁谐振式传感器测试系统
本专利技术涉及石英振梁谐振式传感器的测试
，特别涉及基于FPGA+SOPC的石英振梁谐振式传感器测试系统。
技术介绍
石英振梁谐振式传感器是一种基于压电石英晶体振梁谐振器谐振频率与内部轴向应力之间的力频特性的高精度传感器，主要有加速度计、压力传感器、温湿度传感器等实际应用，其主要优点是易实现批量化生产、易于激励和检测、高品质因数、高精度、数字方波输出。其输出40kHz左右的方波是一种准数字信号，因此，在石英振梁谐振式传感器的测试试验中，提出了对方波频率信号实现高精度、连续、快速测量的需求。此外，由于石英振梁谐振器对温度的灵敏度较高，大部分石英振梁谐振式传感器都采用差动结构布置以排除温度等共轭误差因素干扰，同时，需要在传感器的测试系统中集成温度监测模块，以建立传感器输出的温度模型，从而提高传感器输出的精度和稳定性，因此，这又对测试系统提出了频率双路同步采集和易于扩展的集成性要求。目前实验室中对谐振式传感器进行测试的仪器主要包括示波器、台式万用表、频率计数器等。示波器虽然能够显示待测信号波形，但是其测频原理是通过显示面板区域内信本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于FPGA+SOPC的石英振梁谐振式传感器测试系统，包括石英振梁谐振式传感器，其特征在于：石英振梁谐振式传感器的第一输出和方波整形模块Ⅰ的数据输入端连接，石英振梁谐振式传感器的第二输出和方波整形模块Ⅱ的数据输入端连接，方波整形模块Ⅰ和方波整形模块Ⅱ的时钟输入端与PLL倍频模块的第一时钟输出端clk Ⅰ连接，方波整形模块Ⅰ的数据输出端与基于Verilog HDL的自定义测频测温IP核的第一频率数据输入端连接，方波整形模块Ⅱ的数据输出端与基于Verilog HDL的自定义测频测温IP核的第二频率数据输入端连接，基于Verilog HDL的自定义测频测温IP核的温度数据端通过IIC总线与温度传感器...

【技术特征摘要】
1.基于FPGA+SOPC的石英振梁谐振式传感器测试系统，包括石英振梁谐振式传感器，其特征在于：石英振梁谐振式传感器的第一输出和方波整形模块Ⅰ的数据输入端连接，石英振梁谐振式传感器的第二输出和方波整形模块Ⅱ的数据输入端连接，方波整形模块Ⅰ和方波整形模块Ⅱ的时钟输入端与PLL倍频模块的第一时钟输出端clkⅠ连接，方波整形模块Ⅰ的数据输出端与基于VerilogHDL的自定义测频测温IP核的第一频率数据输入端连接，方波整形模块Ⅱ的数据输出端与基于VerilogHDL的自定义测频测温IP核的第二频率数据输入端连接，基于VerilogHDL的自定义测频测温IP核的温度数据端通过IIC总线与温度传感器双向连接，在SOPC内部，基于VerilogHDL的自定义测频测温IP核、NiosII控制器、UART内核、PIO内核、EPCS控制器、SDRAM控制器之间通过Avalon总线实现双向连接，UART内核的数据输出端与上位机双向连接，PIO内核的数据输出端与LCD显示屏连接，EPCS控制器的数据输出端与FLASH存储器双向连接，SDRAM控制器的数据输出端与SDRAM存储器双向连接；NiosII控制器的时钟输入端与PLL倍频模块的第二时钟输出端clkⅡ连接，SDRAM控制器的时钟输入端与PLL倍频模块的第三时钟输出端clkⅢ连接，PLL倍频模块的时钟输入端与时钟晶振连接。2.根据权利要求1所述的基于FPGA+SOPC的石英振梁谐振式传感器测试系统，其特征在于：所述的方波整形模块Ⅰ和方波整形模块Ⅱ通过FPGA内部数字电子器件搭建，待测方波信号与缓冲器输入端连接，缓冲器输出端与D触发器Ⅰ的数据输入端连接，D触发器Ⅰ输出端分成两路信号，一路经过一个非门后与与门数据输入端A连接，另一路与D触发器Ⅱ数据输入端连接，D触发器Ⅰ和D触发器Ⅱ的时钟输入端都与PLL倍频模块的第一标准时钟输出端clkⅠ连接，D触发器Ⅱ数据输出端与与门数据输入端B连接，与门输出的信号即为待测标准方波信号。3.根据权利要求1所述的基于FPGA+SOPC的石英振梁谐振式传感器测试系统，其特征在于：所述的基于VerilogHDL的自定义测频测温IP核包括测频和测温两个模块；测频模块采用双路等精度测频原理，通过倍频产生的预置门控信号start0是一个频率较低的方波信号，预置门控信号通过以待测标准方波信号tclk为时钟信号的D触发器时，会产生与待测标准方波信号上升沿同步的实际门控信号，分别为starta和startb，周期分别为Tstarta和Tstartb；实际门控信号分别作为待测信号计数器和基准信号计数器的使能信号，因此Tstarta和Tstartb分别是待测标准方波信号周期的整数倍；为了确保两路石英振梁谐振式传感器输出频率信号采集的同步性，引入了总门控信号gate，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵玉龙，孙登强，李波，李村，韩超，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61