基于Nios II的过程控制实验装置研究

　　由于传感器的输出电压变化都是在毫伏级，因此必须由稳定的放大和滤波电路将采集信号进行放大和修正，达到可以满足数据传输的电平要求和线性要求。经过放大的信号送入A/D转换芯片中，将模拟信号转换成数字信号后再由单片机送入NiosⅡ中。

　　旋风筒模拟工作时，分别由传感器将温度、风机转速、气压、气体流量等参数值进行采集。温度采用高精度的铂热敏电阻测量。气压和空气流量采用由Honeywell公司生产的专用检测传感器进行测量。风机转速通过单片机对光电开关开合产生的脉冲进行计数从而予以确定。传感器将采集的信号通过放大修正单元的处理后直接送给单片机。四路信号采用同时采集，分时传送的方式发送给上位机。在NiosⅡ对第一路送入的数据开始进行显示处理，同时将第二路数据送入。

　　3.3 通信单元

　　采用串口多机通信的方式。在多路数据传送方法上，可以选择485通信的方式。多路下位机同时挂在485的通信输出端，分时的传送数据。但是这种方式如果有传送速度上的要求则有很大的弊端，传送速度会比较慢。本系统充分发挥CycloneⅡ处理器可以定制多个UART的强大功能，实现上位机对多路数据的同时接收和处理。在速度上要比485的方式要快。从而实现对模拟环境的迅速监控。下位机采用AT89S52系列单片机，同样支持串行通信。由于通信距离比较近，为了避免资源的浪费，不建议采用RS232或485的串行通信方式。在今后的系统扩展上可以将232通信添加进去。

　　检测和通信单元的系统软件设计流程如图3

　　4. 软件设计

　　4.1 基于Nios IDE的软件设计

　　由SOPC Builder构建成的硬件系统首先必须下载到FPGA中，在FPGA上生成对应外设的引脚，然后才能够通过IDE烧程序给外设，使外设可以正常的运行。也就是说对主程序部分必须要在IDE模式下进行调试，这是整个过程中感觉效率比较低的地方，每次修改的程序都必须通过再次运行Run As Hardware重新编译才能写入硬件中，造成调试进度很慢。程序可以在SRAM或SDRAM上运行。

　　为了保证断电后数据不丢失，采用FLASH Programmer把数据写入FLASH，然后把CPU的ResetAddress地址指向FLASH。通电后系统会自动对FPGA进行配置，并运行内部程序。该部分的程序主要是设置多个串口通信的时序以及VGA显示的内容。程序流程图如图4所示。

　　5. 结果分析

　　经过检测和调试，系统的整体功能完全可以正常实现。系统采用Nios软核结合可编程逻辑阵列对旋风预热器的仿真模型的模拟工作状态进行检测和控制。实现了多线程的串口通信和VGA的显示，充分发挥了FPGA快速响应的实用性特点和支持CPU操作的强大功能。使用SOPC Builder可以方便的对系统的扩展部分和自定义部分进行添加和删除，根据需要开发自己的IP核优化系统。充分利用SOPC的特点来缩短设计和开发周期。

　　利用SOPC Builder配置了四个串口来完成这一要求，而这一特殊用法却是其它处理器如单片机，ARAM等无法实现的。