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《基于fpga的液位檢測(cè)系統(tǒng)的前端設(shè)計(jì)論文》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、基于FPGA的液位檢測(cè)系統(tǒng)的前端設(shè)計(jì)論文摘要本設(shè)計(jì)是關(guān)于一個(gè)基于FPGA的液位檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)合適的傳感器來(lái)對(duì)液位的信號(hào)進(jìn)行采集，然后在FPGA上對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，主要是對(duì)FPGA用VHDL進(jìn)行編程，建立若干邏輯模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的處理，最后利用LED來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行輸出顯示。本文著重介紹了這個(gè)系統(tǒng)的液位檢測(cè)信號(hào)采集的前端設(shè)計(jì)，前端設(shè)計(jì)包括傳感器模塊、放大電路模塊以及A/D轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)，它是整個(gè)液位檢測(cè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ).freelmHg)，采用標(biāo)準(zhǔn)的小型DIP-6塑膠封裝，完全代替NAISADP4系列、Hon
2、eyV，△V/△P為靈敏度典型值為1.2mv/kPa，P為檢測(cè)對(duì)象的壓力。圖2-1顯示了其在不同溫度下的典型的輸出特性。儲(chǔ)藏溫度與工作溫度均在-40℃—+125℃，MPX53D是半導(dǎo)體的壓阻式壓力傳感器，能夠使電信號(hào)成比例輸出，衡量該傳感器的應(yīng)變性能要依賴溫度的變化，溫度變化的范圍需要溫度補(bǔ)償裝置。圖2-2顯示了其實(shí)際與理論線性度，線性表示理想傳感器的輸出特性，由于種種原因?qū)嶋H的傳感器總是非線性的，只能用線性度來(lái)表示其輸出特性，有兩種非線性的計(jì)算方法：終點(diǎn)直線擬合和最小二乘法擬合，摩托羅拉指定的壓力傳感器非
3、線性的依據(jù)是終點(diǎn)直線法測(cè)的終端壓力。2.2.2方案二：BP300T壓力傳感器是專為電子醫(yī)療器械（電子電子血壓計(jì)）開(kāi)發(fā)的一款氣體壓力傳感器，其外部結(jié)構(gòu)圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖分別如圖2-3、2-4所示：它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、可靠性好、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，具有低廉的價(jià)格，替換性好等特點(diǎn)，其工作壓力為300mmHg，能測(cè)量量程較小的氣壓或液體信號(hào)，其應(yīng)用范圍相對(duì)局限，是屬于專用的一款傳感器，主要適用于腕式/臂式電子血壓計(jì)、醫(yī)療按摩器等需要控制氣體壓力的設(shè)備和器械中。該傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)是整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、精度、過(guò)載倍數(shù)和可靠性
4、高，動(dòng)作誤差和溫度系數(shù)小，成本較低，在各種實(shí)驗(yàn)室及醫(yī)療中能廣泛應(yīng)用，但封裝要求較高，容易出現(xiàn)封裝問(wèn)題而影響測(cè)量精度。對(duì)比以上兩種方案的性能特點(diǎn)可知，方案一的MPX53D型號(hào)壓力傳感器具有良好的線性輸出特性，能適用多種液體環(huán)境，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，可操作性強(qiáng)且經(jīng)濟(jì)，能容易滿足設(shè)計(jì)要求，方案二的BP300T壓力傳感器雖然也能滿足一些性能指標(biāo)，但測(cè)量量程較小，主要是測(cè)量氣壓信號(hào)，是屬于專用的一款傳感器，其應(yīng)用范圍相對(duì)局限，其穩(wěn)定性也相對(duì)較差，故選擇方案一較為合理。第三章液位信號(hào)的放大電路模塊設(shè)計(jì)3.1放大電路簡(jiǎn)介
5、放大即為增加電信號(hào)幅度或功率的電子電路。應(yīng)用放大電路實(shí)現(xiàn)放大的裝置稱為放大器。它的核心是電子有源器件，如電子管、晶體管等。為了實(shí)現(xiàn)放大，必須給放大器提供能量。常用的能源是直流電源，但有的放大器也利用高頻電源作為泵浦源。放大作用的實(shí)質(zhì)是把電源的能量轉(zhuǎn)移給輸出信號(hào)。輸入信號(hào)的作用是控制這種轉(zhuǎn)移，使放大器輸出信號(hào)的變化重復(fù)或反映輸入信號(hào)的變化。現(xiàn)代使用最廣的是以晶體管（雙極型晶體管或場(chǎng)效應(yīng)晶體管）放大電路為基礎(chǔ)的集成放大器。大功率放大以及高頻、微波的低噪聲放大，常用分立晶體管放大器。高頻和微波的大功率放大主要靠特
6、殊類型的真空管，如功率三極管或四極管、磁控管、速調(diào)管、行波管以及正交場(chǎng)放大管等。放大電路的前置部分或集成電路元件變質(zhì)引起高頻振蕩產(chǎn)生"咝咝"聲，檢查各部分元件，若元件無(wú)損壞，再在磁頭信號(hào)線與地間并接一個(gè)1000PF～0．047霧的電容，"咝咝"聲若不消失，則需要更換集成塊。在測(cè)量控制系統(tǒng)中，用來(lái)放大傳感器輸出的微弱電壓，電流或電荷信號(hào)的放大電路稱為測(cè)量放大電路，亦稱儀用放大電路。3.2放大電路的主要特性指標(biāo)放大電路的性能指標(biāo)是衡量它的品質(zhì)優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，并決定其適用范圍。這里主要討論放大電路的輸入電阻、輸出電阻
7、、增益、頻率響應(yīng)和非線性失真等幾項(xiàng)主要性能指標(biāo)。（1）輸入阻抗應(yīng)與傳感器輸出阻抗相匹配；（2）一定的放大倍數(shù)和穩(wěn)定的增益：放大倍數(shù)是描述一個(gè)放大電路放大能力的指標(biāo)，其中電壓放大倍數(shù)定義為輸出電壓與輸入電壓的變化量之比。當(dāng)輸入一個(gè)正弦測(cè)試電壓是，也可用輸出電壓與輸入電壓的正弦向量之比來(lái)表示，即A=U出/U入于此類似，電流放大倍數(shù)定義為輸出與輸入電流的變化量之比，同樣也可用二者的正弦向量之比來(lái)表示，即A=I出/I入需注意以上兩個(gè)表達(dá)式只有在輸出電壓和輸出電流基本上也是正弦波，即輸出信號(hào)沒(méi)有明顯失真的情況下才有意
8、義。（3）低的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流以及低的漂移如前所述的放大電路模型是極為簡(jiǎn)單的模型，實(shí)際的放大電路中總是存在一些電抗性元件，如電容、電感、電子器件的極間電容以及接線電容與接線電感等。因此，放大電路的輸出和輸入之間的關(guān)系必然和信號(hào)頻率有關(guān)。放大電路的頻率響應(yīng)所指的是，在輸入正弦信號(hào)情況下，輸出隨頻率連續(xù)變化的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。若考慮電抗性元件的作用和信號(hào)角頻率變量，則放大電路的電壓增益可表達(dá)為由于通常有fLfH的關(guān)
