1 系统性能及元器件
1.1 智能传感器系统性能要求
传感器压力测量范围：0~5 MPa;系统精度：±0.1%FS;1通道模拟电压输入(压力信号)大于250 sampies/通道/s;采用串行RS232C接口输出。
1.2 系统主要元器件及性能
根据系统的精度指标的要求选择器件：
FPGA芯片 选用ALTEra的CycloneⅡEP2C5,其逻辑单元有4 608个LE,26个M4K RAM块，142个用户I/O引脚。
压力传感器 采用PDCR130W,压力范围0~7 MPa,工作电压直流10~30 VDC,输出0~10V,精度±0.05%FS,使用温度范围-40~+125℃，温度影响±0.015%FS/℃。
温度传感器 采用高精度集成温度传感器LM335,其灵敏度为10 mV/K,精度为1℃，温度范围-40~+100℃。
A/D转换器 选择内含采样保持器的12位A/D转换器AD1*,其转换时间为10 μs,0~10 V单极输入或±5 V双极输入，可并行12位输出。
多路模拟开关 采用四选一多路模拟开关AD7502,其引脚设置为EN=1的使能信号;A1A0引脚为通道选择信号。
输出电平转换接口 系统使用MAX232芯片完成TTL和RS 232C电平的转换。
2 系统误差校正方法
2.1 零点漂移和增益误差的校正方法
在智能仪表中，误差模型的误差校正公式为：
式中：b1和b0为误差校正因子。误差校正电路模型如图1所示，其中x为被测信号;y为系统输出;&epSILon;，k,i为影响系统的未知量。
误差校正过程为：
当S1闭合时，x=0,依据误差校正公式得到式(2)，用于系统零点校准;
当S2闭合时，x=E(标准电压)，得到公式(3)，用于系统增益误差校正;
联立式(2)、式(3)可得误差校正因子。
当进行实际测量时S3闭合，利用计算出的误差校正因子和误差校正公式(1)，即可求出校正后的输出信号y。
联立式(2)、式(3)可得误差校正因子：
式中：y为测量值；yc经温度补偿后的测量值；△φ为传感器的实际工作温度与标准测量温度之差；a0为校正温度变化引起的传感器标度变化系数，a1为校正温度引起的传感器零位漂移变化系数，这两个系数反映了传感器的温度特性。
2．3 随机误差消除方法
系统采用算术平均的数字滤波方法消除系统的随机误差，通过连续N个采样值取其算术平均值，得数学表达式为：
适合用于对具有随机干扰信号的滤波。
3 系统硬件结构设计
依据系统的误差校正和温度补偿方法，可得系统的硬件连接结构如图2所示。图2中模拟多路开关AD7502的4个输入通道分别为：A1A0=00，选通S0，S0通道接地，用于零点漂移校准；A1A0=01，选通S1，S1通道接+5 V(为AD1*最大输入电压的50％)，用于增益误差校正；A1A0=10，选通S2，S2通道接温度测量信号，用于传感器的温度补偿；A1A0=11，选通S3，S3通道连接压力测量信号。通道选通信号A0，A1由FPGA芯片中的DAS_A0和DAS_A1引脚控制。
系统中A/D转换器AD1*采用独立工作模式，其控制引脚设置为：CE和12/8接高电平；CS和A0接低电平。此时，AD1*设置为12位A/D转换，12位数据输出，其转换完全由R/C控制，如图2所示。当R/C=O时，启动12位A/D转换；当A/D转换结束时，状态信号STS=0，否则STS=1；当R/C=1时，读取12位A/D转换数据。R/C信号由FPGA芯片的DAS_RC控制。整个系统由基于FPGA的片上系统(SoC)控制。其中，FPGA芯片中的DAS_STS，DAS_RC，DAS_IN，DAS_A引脚为用户定制逻辑，即DAS控制单元的外部接口，用于控制AD1*的工作时序转换和AD7502的通道选择。
3．1 SoC结构的实现
SoPC设计由CPU、存储器接口、标准外设和用户定制逻辑单元模块等组件构成。ALTEra的SoPCBuilder工具提供了大量IP核可供调用，可以很方便地在单片FPGA芯片上配置嵌入NoisⅡ处理器软核、片上RAM和RS 232控制器、扩展片外存储器、用户定制逻辑单元，同时自动地为系统的每个外设分配地址、连接系统总线，确定设备优先级，其内部结构如图3所示。
3．2 数据采集控制单元的实现
数据采集系统(DAS)控制单元是整个系统的核心，其输入端口及其功能：DAS_STS用于接收AD1*的STS状态信号；DAS_IN(12位)用于接收AD1*并行12位转换输出；CLK，RST用作系统时钟和RESET的信号。输出端口DAS_RC接AD1*的R/C端，用以控制A/D转换器的启动和读数；DAS_A用作控制AD7502的A1A0通道选通信号；DAS_OUT(加通道的序号为16位)用作DAS控制单元的16位输出数据。
DAS控制单元的有限状态机(FSM)有4个状态，分别为St0，St1，St2，St3。St0为选择通道，启动A/D转换，进入St1状态；St1为等待转换结束，若转换结束，进入St2状态，否则保持在St1状态；St2为发出读数据信号，进入St3状态；St3为输出转换数据；选择其他通道，返回St0状态。DAS控制单元采用VHDL语言进行开发，程序的部分代码如下所示：
3.2 数据采集控制单元的实现
数据采集系统(DAS)控制单元是整个系统的核心，其输入端口及其功能：DAS_STS用于接收AD1674的STS状态信号;DAS_IN(12位)用于接收AD1674并行12位转换输出;CLK,RST用作系统时钟和RESET的信号。输出端口DAS_RC接AD1674的R/C端，用以控制A/D转换器的启动和读数;DAS_A用作控制AD7502的A1A0通道选通信号;DAS_OUT(加通道的序号为16位)用作DAS控制单元的16位输出数据。
DAS控制单元的有限状态机(FSM)有4个状态，分别为St0,St1,St2,St3.St0为选择通道，启动A/D转换，进入St1状态;St1为等待转换结束，若转换结束，进入St2状态，否则保持在St1状态;St2为发出读数据信号，进入St3状态;St3为输出转换数据;选择其他通道，返回St0状态。DAS控制单元采用VHDL语言进行开发，程序的部分代码如下所示：
DAS控制单元的仿真如图4所示。图中显示控制单元运行正确。
