如何使用SOPC实现温度传感器测试系统设计

　　随着科学技术的飞速发展，市场对高性能低功耗传感系统的需求越来越高，对高精度温度测量的需求也越来越高，精确的温度测量已经成为现代测控技术中的重要组成部分。

　　传统的温度传感器（热电阻、热电偶，半导体集成温度传感器）皆为模拟式传感器，输出信号必须通过模／数转换，其缺点是转换效率低、功耗大、换算复杂、抗电磁干扰能力差，不便于进行数字信号处理。而石英晶体温度传感器是一种输出信号为频率的数字式传感器，具有灵敏度高、长期稳定性好、动态范围宽、互换性好，易与数字系统兼容等特点。其频率输出信号不必经过A／D转换器就可以与计算机连接，组成高精度的测量控制系统，因此已经成为微传感器领域重要的研究对象。

　　传统的温度传感器测控系统都是以单片机为核心来设计的，其缺点是测频速度慢，易受外界条件的影响，可靠性差，功耗高。对此，本文引入SOPC技术，把SOPC技术和石英音叉温度传感器结合起来，设计一种高性能的数字化智能传感系统。在设计中，将系统所需要的功能模块集成到一片FPGA芯片上，构建了一个可编程的片上系统。这种设计提高了处理速度，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在线可编程功能。

　　首先，论文对石英音叉温度传感器和SOPC技术的国内外现状和发展趋势进行分析，并分析了石英音叉温度传感器的工作原理，介绍了SOPC及其相关技术。其次，对该测试系统的软硬件设计进行了详细地介绍。硬件设计包括频率测量模块的设计和整个硬件系统的搭建，通过采用Vcrilog HDL语言来实现频率测量模块的设计，并使用SOPC Builder和Quartus II开发工具，将NIOS II处理器和频率测量模块集成到FPGA芯片上，完成硬件系统的构建；软件设计包括用户应用程序的编写和调试，采用C语言编写程序并使用NIOS II IDE开发工具来调试和运行整个测试系统。最后，对所设计的系统进行测试，通过实验所得数据，对石英音叉温度传感器的静动态特性进行分析，并采用最dx-乘法进行拟合，使用Matlab仿真出石英音叉温度传感器的特性曲线。