測量位置的PSoC微控制器與LVDT
發布時間：2010-7-6 21:43
發布者：zealot
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將一個LVDT（線性可變差分變壓器）連接到一個微控制器是有挑戰性的工作，因為一個LVDT需要交流輸入的激勵和對交流輸出的測量，以確定其可動核的位置（參考文獻1）。多數微控制器都缺乏專用的交流信號生成與處理能力，因此需要外部電路來產生無諧波、波幅與頻率穩定的正弦波信號。要將LVDT的輸出信號波幅與相位轉換成與微控制器內部ADC兼容的格式，一般需要添加外部電路。 為使PSoC開關電容帶通濾波器產生最高保真度的正弦波，要用盡可能高的過采樣速率，因數約為33，即每個正弦波周期33步。得到的正弦波平滑得足以驅動能衰減所有殘余高階諧波的LVDT。采用一個可變增益放大器標定PSoC的內部電壓基準，就可以在方波濾波前對其波幅作粗略的控制。為了補償波形的直流偏移電壓，放大器對2.6V內部模擬接地基準進行緩沖，并驅動用作LVDT模擬地回路的輸出腳。 LVDT輸出包括一個幅度可變的正弦波電壓，其相對于正弦波激勵電壓的相位角要經受一個相當大的可變移位，有時相移要超過180。。LVDT的一個信號驅動PSoC的一個可變增益放大器，其輸出送至一個開關電容低通濾波器，并跟隨一個用于同步整流的調制器。整流后的信號驅動一個輸出腳，以及一個PSoC的開關電容ADC。 將LVDT輸出加在同步整流器上，后跟隨一個低通濾波器，這樣產生一個直流電壓，它可以送至ADC或直接驅動一個模擬反饋控制系統。在PSoC微控制器中，連接到ADC的低通開關電容濾波器需要相同的采樣時鐘來驅動兩個電路，因此，PSoC 11位Δ-S ADC的轉換速率大約是低通濾波器角頻率的一半。同步整流產生的紋波頻率是激勵頻率的兩倍，因此更容易用低通濾波器去除。將低通濾波器的角頻率重新確定為激勵頻率的三分之一，就可以在等于或低于1 LSB（最低有效位）標準偏差下，使LVDT輸出的測量達到11位分辨率。 用作為計數器鏈配置的邏輯電路塊將 PSoC 24 MHz 內部系統時鐘分頻，就得到開關電容器模擬電路塊需要的所有數字時鐘信號。在加電或復位之后，PSoC的CPU配置所有可配置的模擬與數字電路塊，并開始運行。以后硬件便能夠激勵LVDT并以每秒500次采樣速率測量其輸出，無需CPU的進一步干預。當 PSoC CPU運行在12 MHz時，處理ADC內部活動以及中斷只消耗不到3%的CPU資源。 對于計算LVDT位置以及在LCD模塊上以文本形式顯示結果時有大量PSoC資源可用。有四個模擬電路塊、五個邏輯電路塊和很多I/O腳都可以用于支持更高要求的應用。圖3顯示了附加功能可以使用的配置塊。 |
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