基于FPGA和UART的MCU总线数据采集系统设计

2012-03-17王敬华丁国清

电子设计工程 2012年17期

王敬华，刘武，丁国清

（上海交通大学仪器科学与工程系，上海 200240）

设计以上汽集团采埃孚转向系统有限公司的SKII生产线（下称“目标生产线”）为数据采集对象，目标生产线采用BOSCH公司的拧紧器系统，拧紧器系统由拧紧主轴、电源及伺服放大模块、控制器、通讯单元、接口模块和扭矩显示模块。拧紧器系统通过控制器（MCU）采集拧紧器的扭矩并显示在LCD模块上，是一个完整的加工系统。目标生产线由BOSCH公司提供，其拧紧器控制器无法实现更改。随着电子技术的不断发展，在电子设计领域，采用FPGA技术往往能使设计系统简便，在此背景下，为了实现目标生产线扭矩值到服务器数据库的传输，设计了以FPGA为核心的采集系统。

1 总体设计结构

数据采集系统框架如图1所示。

系统以现场可编程门阵列FPGA（Field Programmable Gate Array）为核心，利用FPGA可以方便实现数字器件的逻辑功能，可根据需要，现场改变硬件电路逻辑，大大缩短开发周期，降低成本减少PCB面积，提高系统的可靠性和可维护性。

图1 数据采集系统总体框图Fig．1 Structure diagram of the data acquisition system

MCU为所要采集的目标对象，以总线方式进行数据采集；系统的设计采用硬件编程语言VHDL，分模块进行设计，包括MCU与FPGA接口逻辑电路设计、双端口RAM数据缓存模块、顶层状态机控制模块、UART数据发送模块和时钟分频等模块。整个系统由顶层状态机进行逻辑控制，系统上电后，总线上的数据通过接口逻辑电路解析，把数据缓存到双端口RAM中，再通过UART发送模块实现数据的串行发送。