由于傳感器的輸出電壓變化都是在毫伏級，因此必須由穩(wěn)定的放大和濾波電路將采集信號進行放大和修正，達到可以滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娖揭蠛途€性要求。經(jīng)過放大的信號送入A/D轉換芯片中，將模擬信號轉換成數(shù)字信號后再由單片機送入NiosⅡ中。

　　旋風筒模擬工作時，分別由傳感器將溫度、風機轉速、氣壓、氣體流量等參數(shù)值進行采集。溫度采用高精度的鉑熱敏電阻測量。氣壓和空氣流量采用由Honeywell公司生產(chǎn)的專用檢測傳感器進行測量。風機轉速通過單片機對光電開關開合產(chǎn)生的脈沖進行計數(shù)從而予以確定。傳感器將采集的信號通過放大修正單元的處理后直接送給單片機。四路信號采用同時采集，分時傳送的方式發(fā)送給上位機。在NiosⅡ對第一路送入的數(shù)據(jù)開始進行顯示處理，同時將第二路數(shù)據(jù)送入。

　　3.3 通信單元

　　采用串口多機通信的方式。在多路數(shù)據(jù)傳送方法上，可以選擇485通信的方式。多路下位機同時掛在485的通信輸出端，分時的傳送數(shù)據(jù)。但是這種方式如果有傳送速度上的要求則有很大的弊端，傳送速度會比較慢。本系統(tǒng)充分發(fā)揮CycloneⅡ處理器可以定制多個UART的強大功能，實現(xiàn)上位機對多路數(shù)據(jù)的同時接收和處理。在速度上要比485的方式要快。從而實現(xiàn)對模擬環(huán)境的迅速監(jiān)控。下位機采用AT89S52系列單片機，同樣支持串行通信。由于通信距離比較近，為了避免資源的浪費，不建議采用RS232或485的串行通信方式。在今后的系統(tǒng)擴展上可以將232通信添加進去。

　　檢測和通信單元的系統(tǒng)軟件設計流程如圖3

　　4. 軟件設計

　　4.1 基于Nios IDE的軟件設計

　　由SOPC Builder構建成的硬件系統(tǒng)首先必須下載到FPGA中，在FPGA上生成對應外設的引腳，然后才能夠通過IDE燒程序給外設，使外設可以正常的運行。也就是說對主程序部分必須要在IDE模式下進行調(diào)試，這是整個過程中感覺效率比較低的地方，每次修改的程序都必須通過再次運行Run As Hardware重新編譯才能寫入硬件中，造成調(diào)試進度很慢。程序可以在SRAM或SDRAM上運行。

　　為了保證斷電后數(shù)據(jù)不丟失，采用FLASH Programmer把數(shù)據(jù)寫入FLASH，然后把CPU的ResetAddress地址指向FLASH。通電后系統(tǒng)會自動對FPGA進行配置，并運行內(nèi)部程序。該部分的程序主要是設置多個串口通信的時序以及VGA顯示的內(nèi)容。程序流程圖如圖4所示。

　　5. 結果分析

　　經(jīng)過檢測和調(diào)試，系統(tǒng)的整體功能完全可以正常實現(xiàn)。系統(tǒng)采用Nios軟核結合可編程邏輯陣列對旋風預熱器的仿真模型的模擬工作狀態(tài)進行檢測和控制。實現(xiàn)了多線程的串口通信和VGA的顯示，充分發(fā)揮了FPGA快速響應的實用性特點和支持CPU操作的強大功能。使用SOPC Builder可以方便的對系統(tǒng)的擴展部分和自定義部分進行添加和刪除，根據(jù)需要開發(fā)自己的IP核優(yōu)化系統(tǒng)。充分利用SOPC的特點來縮短設計和開發(fā)周期。

　　利用SOPC Builder配置了四個串口來完成這一要求，而這一特殊用法卻是其它處理器如單片機，ARAM等無法實現(xiàn)的。