基于FPGA的多通道应变测试系统设计

张浩茹，谢锐

(1 中北大学电子测试技术国家重点实验室,山西太原 030051；2 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西太原 030051）

0 引言

该系统采用FPGA+单片机的结构，单片机Msp430用来进行数据采集及转换，数据传输、显示及远程通信则由计算机来完成。由单片机采集到的数据发送到FPGA后，经串并转换保存到内部的FIFO里，计算机经USB通信读取数据。用户在LabVIEW设计的软面板上选择通道、采样频率，以及电桥调平衡等对模拟板的控制，产生一组命令，计算机将命令通过USB通信口发送给FPGA，FPGA对命令进行解串后将各组命令对应发送出去。这种设计方案经验证是可行的，本系统极大地提高了采集模式的灵活性和数据采集的实时性。MSP430系列单片机是由TI公司开发的16位单片机，其突出特点是强调超低功耗，非常适合于各种功率要求低的场合。该系统采样电路采用MSP430单片机内部12位的A/D，在多通道应变测试系统中实现实时选择通道和采样频率的功能。FPGA为主控逻辑模块。

1 系统总体方案设计

1.1 应变测试基本原理

应变测试系统使用电阻应变片来测量力学实验台上加载后构件产生的应变。构件上的应变片与应变仪中电阻组成电桥，杆件发生形变时，引起桥臂上应变片阻值发生变化，根据胡克定律，通过测试出的构件表面测点的应变，求出测点的应力，从而实现应变测量的目的[1]。

本设计的测量电路采用惠斯登电桥，将应变片的阻值变化转化为电压或电流信号。采用恒压源供电，应变片连接的基本电路如图1所示。……