本发明专利技术公开了基于ＦＰＧＡ的低成本、高精度的１６位Ａ／Ｄ转换器，由接口电路、ＦＰＧＡ构成的控制器、Ｄ／Ａ转换器和比较反馈器构成，控制器通过数据线和信号控制线与接口电路和Ｄ／Ａ输出器通信，ＦＰＧＡ不断输出数字信号，经Ｄ／Ａ转换后输出模拟量值，在比较反馈器中与输入的需转换的模拟量进行比较，将比较后的值反馈回ＦＰＧＡ，ＦＰＧＡ校正下次输出值，直至比较值为零时，输出的数字量即为输入模拟量的转化值。本发明专利技术具有Ａ／Ｄ转换功能。可广泛应用于各种需要进行模数转换的工业控制领域。本发明专利技术具有结构新颖、简单实用、成本低、精度高等特点，故属于一种集经济性与实用性为一体的Ａ／Ｄ转换装置。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于A/D转换器领域，尤其涉及高精度16位的A/D转换器。
技术介绍
目前，随着电子类产品的大范围推广，模拟量向数字量的转换即A/D转换 的应用极为广泛。现在通行的A/D转换大都是依靠专用的A/D转换芯片实现的。 目前8位和12位的A/D转换芯片价格相对便宜一些，16位的A/D转换芯片价 格相对较高一些。 一般的A/D转换芯片无法保证精度，精度高的A/D转换芯片 成本也高。随着系统功能的集成度越来越高，FPGA的应用也越来越广泛， 一般 使用FPGA的电路中，往往有大量的IO 口被闲置，在实现16位的A/D转换中， 使用16位的A/D转换芯片，会增加产品的成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是利用现有的FPGA控制器资源，研究设计一种低成本、高 精度的A/D转换电路。不使用高精度的16位的A/D转换芯片，用价格较为便 宜的16位的D/A转换芯片实现高精度的A/D转换。本专利技术的技术解决方案是 一种基于FPGA的低成本、高精度的16位A/D 转换器，包括接口电路、控制器、D/A转换器和比较反馈器，其特征在于所述 的控制器由FPGA构成，所述的比较反馈器是运算放大器，所述的D/A转换器 是16位D/A转换芯片，控制器通过数据线和信号控制线与接口路和D/A输出 器通信，D/A输出器通过数据线与比较反馈器通信，比较反馈器通过数据线与 控制器通信。本专利技术所述的一种基于FPGA的低成本、高精度的16位A/D转换器，其特 征在于所述的控制器是XILINX公司的SpartanII-50芯片。本专利技术所述的基于FPGA的低成本、高精度的16位A/D转换器，其特征在 于所述的D/A转换芯片是AD420芯片。本专利技术所述的基于FPGA的低成本、高精度的16位A/D转换器，其特征在 于所述的比较反馈器的运算放大器是LM124运算放大器。3本专利技术的一种基于FPGA的低成本、高精度的16位A/D转换器的转换程序， 转换程序包括运行的系统软件，系统软件包括实时消息处理程序、数字量信号 输出程序、反馈值采集程序和调整控制程序，其特征在于所述的实时消息处理 程序为FPGA中运行的主程序，所述的数字量信号输出程序、反馈程序和调整 程序同时在FPGA中完成，所述的转换程序得流程是需要转换的模拟量值输 入至比较器的一端，控制器的FPGA输出的数字量值经D/A转换器转换为对应 的模拟量值，输出该模拟量值至比较反馈器中，在比较反馈器中将该模拟量值 与需要转换的模拟量值进行比较，将比较值反馈至，控制器的FPGA中，FPGA 通过对比较值的判断，校正输出，重复上述流程，直至在比较反馈器中将控制 器的FPGA输出的数字量值经D/A转换器转换为对应的模拟量值与需要转换的 模拟量值的比较值为零，控制器的FPGA输出的数字量值即为需转化的模拟量 的转化值。与现有技术相比较，本专利技术.的优点在于本专利技术比一般的A/D转换芯片精度高，可以实现高精度、快速的A/D转换。 本专利技术提供了一种节约型的设计模式，利用系统现有资源实现A/D转换， 节约了成本。(3)本专利技术拓展了 A/D转换的思路，为集成化设计进行了探索。 附图说明本专利技术有附图一幅，是专利技术的结构示意图。 具体实施例方式如图1所示的是本专利技术的实施例，16位A/D转换器包括接口电路、控制 器、D/A转换器和比较反馈器，控制器由FPGA构成，比较反馈器是运算放大 器，D/A转换器是D/A转换芯片，控制器通过数据线和信号控制线与接口路和 D/A输出器通信，D/A转换器通过数据线与和比较反馈器通信，比较反馈器通 过数据线与控制器通信。控制器包括5万门的处理器、复位电路和实时时钟器 件。5万门的FPGA选用XILINX公司的Spartan-II系列的XC2S50-5TQ1441， 该芯片的供电电压为2.5V，有176个10 口 ， 38400Bits的分布式RAM, 40K的 模块式RAM，由于其本身并没有ROM，所以其配置芯片FLASHPROM使用同 为XINLINX公司的XCF01SV020C，其大小为1Mbit。符合IEEE 1149.1边界扫4描标准。本系统中，处理器的晶振频率为24M，流水线指令结构保证了访问的 快速性。D/A转换器是16位的D/A转换芯片，选用ANALOG DEVICES的 AD420，芯片输出为0-5V的电压，接收到来自FPGA数字信号，转换为模拟量 输出至下一级的比较反馈电路。比较反馈器是National Semiconductor公司的 LM124，最大100dB的直流电压增益，3-32V的宽电压输出范围，700uA的低 电流消耗，2mV的低电压偏移，5nA的低电流偏移。将从D/A输出电路输出的 模拟量值与输入的模拟量值进行比较，将比较结果反馈给FPGA，通过FPGA判 断模拟量输出值与输入值之间的误差，调整下一次输出。本转换器运行的系统软件包括实时消息处理程序、数字量信号输出程序、 反馈值采集程序和调整控制程序，实时消息处理程序为FPGA中运行的主程序， 数字量信号输出程序、反馈程序和调整程序同时在FPGA中完成，转换程序得 流程是需要转换的模拟量值输入至比较器的一端，控制器的FPGA输出的数 字量值经D/A转换器转换为对应的模拟量值，输出该模拟量值至比较反馈器中， 在比较反馈器中将该模拟量值与需要转换的模拟量值进行比较，将比较值反馈至,控制器 的FPGA中，FPGA通过对比较值的判断，校正输出，重复上述流程，直至在比较反馈器中 将控制器的FPGA输出的数字量值经D/A转换器转换为对应的模拟量值与需要转换 的模拟量值的比较值为零，控制器的FPGA输出的数字量值即为需转化的模拟量的转 化值。本实施例的FPGA数字量输出采用一种简单快捷的输出方法，因为该转换 器为16位的A/D转换器，所以FPGA的第一个输出值取16位数字量的最小值 0和最大值0xFFFF的中间值0x7FFF，经D/A转换，输出模拟量与输入模拟量 进行比较，将比较值反馈给FPGA。(1) 如果输出值大于输入值，那么FPGA下次输出的数字量取0和 0x7FFF的中间值0x3FFF，经D/A转换输出模拟量与模拟量输入 值再次比较。(2) 如果输出值小于输入值，那么FPGA下次输出的数字量取0x7FFF 和0xFFFF的中间值0xAFFF，经D/A转换输出模拟量与模拟量输 入值再次比较。如上方法，依次类推，直至反馈值为零，即FPGA输出的数字量经D/A转 换后输出的模拟量值与输入的模拟量值相等，该数字量值即为模拟量输入值的 转化值。本实施例中所用到的D/A转换方式中不断输出的数字量信号和反馈的模拟 量信号，可以在FPGA中同时实现，在程序运行过程中，A/D转换过程可以实 现完全自主的运算，不再需要FPGA主控制进程的参与，从而在不影响FPGA 其他进程的条件下，实现A/D转换，并将转换值存储在FIFO或外扩的RAM中， 在FPGA中的其他程序需要模数转换值时，可以从FIFO中读取该值，完成数据 的传输，提高运行效率。权利要求1、基于FPGA的低成本、高精度的16位A/D转换器，包括接口电路、控制器、D/A转换器和比较反馈器，其特征在于所述的控制器由FPGA构成，所述的比较反馈器是运算放大器，所述的D/A转换器是16位本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于ＦＰＧＡ的低成本、高精度的１６位Ａ／Ｄ转换器，包括接口电路、控制器、Ｄ／Ａ转换器和比较反馈器，其特征在于所述的控制器由ＦＰＧＡ构成，所述的比较反馈器是运算放大器，所述的Ｄ／Ａ转换器是１６位Ｄ／Ａ转换芯片，控制器通过数据线和信号控制线与接口电路和Ｄ／Ａ输出器通信，Ｄ／Ａ转换器通过数据线与比较反馈器通信，比较反馈器通过数据线与控制器通信。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘瑞，马晨普，王锋，
申请(专利权)人：中国北车股份有限公司大连电力牵引研发中心，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]
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