在FPGA芯片上內嵌CPU是用軟件編程實現硬件CPU功能，是嵌入式技術發展趨勢；在此針對測重系統設計了采樣電路、信號調理電路、超重報警電路以及顯示電路，同時針對軟件嵌入式技術，并以spartan6XC6SL開發板為核心，編寫了軟件CPU并成功嵌入Xilinx公司的spartan6XC6SL開發板上的X45-CSG324芯片內，實現了智能小車稱重測控儀的設計。

　　數字式智能稱重傳感器及數字稱重系統是近些年來電子衡器領域研究開發的熱點。隨著科學技術的進步，工業化過程自動化水平的提高，特別是數字技術與信息技術的發展，對電子稱重系統提出了數字化、智能化的要求。而傳統的稱重系統存在著輸出模擬信號小，一般為20~40mV；傳輸距離短；抗干擾能力差；稱重控制儀表復雜；安裝、調試不方便等先天缺陷，根本不能適應電子衡器的智能化要求。為求解決這些難題，一般采用單片機系統設計，上述難題基本解決，但設計電路負雜，本文采用功能強大的FPGA芯片XC6SLX16-3CSG324，可使外圍電路更簡單，體積更小，優越性更明顯。

　　1 系統總體設計

　　本系統主要由硬件電路和FPGA程序設計2大部分組成，如圖1所示，硬件電路設計以FPGA芯片X45-CSG324為核心的內部控制部分，外圍電路有壓力傳感器、調理電路、繼電器控制電路、蜂鳴器驅動電路、顯示電路以及時鐘信號和按鍵等。FPGA程序模塊有A/D轉換與轉換控制、CPU、譯碼電路等。該系統主要是通過控制繼電器開關來控制載重小車電機正轉和反轉，正轉和反轉代表小車前進和后退，以便使小車能在壓力傳感器上停在合適的位置；重量通過壓力傳感器轉變電信號后，通過調理電路輸入FPGA芯片，在內部通過編程實現12 為A/D轉換，并把A/D轉換的數值送入CPU，經過數據處理，通過譯碼器送到12顯示數碼管顯示重量；測量范圍可以通過矩陣按鍵預先設定，若在測量范圍內，綠燈亮，閘門打開，小車可以通過；若重量小于預設下限值，則紅燈指示亮，閘門不開；若大于預設上限值，紅燈亮而且蜂鳴器報警，閘門不開。

　　2　硬件電路設計

　　2.1 傳感電路設計

　　2.2　調理電路設計

　　2.3　其他應硬件電路

　　繼電器控制電路是控制小車電機前后運動，閘門控制電路實際上也是繼電器驅動電路，控制門的開關，而蜂鳴器電路只需一點三極管驅動即可，這三個電路均選用經典常用的電路，不在贅述。

　　3 軟件部分設計與實現

　　3.1　軟件設計流程圖

　　軟件設計根據功能模塊劃分，采用實時并行控制方式，FPGA的程序在ISE13.3集成環境下進行的，可以使用原理圖輸入方式、文本輸入方式、模塊輸入方式和EDA設計輸入工具等表達電路構造思想。本系統采用常用的Verilog HDL語言文本輸入來描述系統的功能。軟件采用自頂向下的設計方法，有利于從整體上規劃系統的功能和性能，方便調試和以后的維護。隨著設計層次向下深入，系統的參數進一步細化和確認，并且隨時可以根據設計的改動加以調整，便于分配各個功能模塊的任務，從而保證設計的正確性，縮短設計周期。

　　系統軟件程序流程圖如圖3所示。

　　首先把從調理電路接受的信號，進行A/D轉換，此時，若按鍵沒有按下，則處于等待狀態，若按下則進行重量范圍邊界值輸入并判定重量范圍，若在范圍內則進行繼電器閉合以開啟閘門、綠燈亮表示小車能夠通過，并同時顯示小車重量；若在范圍之外，則進行第二次范圍判定，判定是否超載還是重量不足，若超載則繼電器保持斷開，紅燈亮和蜂鳴器響雙報警，若重量不足只進行紅燈亮報警，蜂鳴器不響，且閘門不開。

　　3.2　程序仿真運行

　　把電腦接上XC6SLX16-3CSG324板卡，該板卡接上小車，系統上電或復位之后，初始化時主要對板卡內部的相關存儲器、寄存器、控制指令數據和端口進行初始化，初始化完成后，進行時鐘分頻設置，這里主要對芯片時鐘和A/D時鐘設置，圖4是仿真生成的頂層模塊圖，clk和AD_sclk為芯片時鐘和A/D 時鐘；btnd和btnu為上下限設置參數，該參數可以人為設置和修改，其他管腳如圖，不再說明；由圖４說明改程序設計正確，編譯通過，接下來主要看功能能否實現。接下來仿真生成內部模塊，每個模塊對應一個程序源代碼；接著對每個子模塊對應程序做時序仿真，圖5是程序初始化的時序圖，該圖是沒有輸入重量多少時的時序圖，從圖上可以看出，A/D的時序表示0，這里主要驗證數碼管是否顯示為0，芯片時鐘能否正常工作，程序能否下載到板卡并成功控制小車等基礎控制部分。在基礎部分完成后對系統各部分進行仿真驗證，這里僅介紹輸入一個重要的A/D仿真時序，如圖6所示，在輸入重量為0100時，整個電路時序和A/D的時序輸出正常，在重量大于500g和低于1g兩條警戒線為紅色，沒有輸出。與實際設想吻合。

　　4 結　語

　　筆者嘗試利用FPGA 方法設計一種智能電子衡器，在軟硬兩個方面進行設計，并進行了仿真和實踐。該衡器針對目前我國普遍利用單片機開發設計智能電子衡器的現狀而設計的，為智能電子衡器的開發提供一種參考。