用于位置测量的PSoC微控制器与LVDT
发布时间:2008/6/2 0:00:00 访问次数:469
将一个lvdt(线性可变差分变压器)连接到微控制器是有挑战性的工作，因为lvdt需要交流输入激励和交流输出的测量，以确定其可移动核的位置(参考文献1)。多数微控制器都缺乏专用交流信号生成与处理能力，因此需要外部电路产生任意谐波、波幅与稳定频率的正弦波信号。lvdt输出信号的波幅与相位转换成与微控制器内部adc兼容的形式，一般需要添加外部电路。
与传统微控制器相比，cypress半导体公司的psoc微控制器含有用户可配置的逻辑和模拟模块，简化交流信号的生成与测量。psoc器件具有无需连续cpu的干预就能生成模拟信号的独特功能。psoc灵活的模拟与数字模块可以驱动一支lvdt，并无需外部电路就可以测量其输出。图1显示的是lvdt接口的完整电路，图2显示的是psoc微控制器的内部电路框图。
图1 lvdt接口的完整电路
图2 psoc微控制器的内部电路框图
psoc采用多对用户可配置的开关电容器模块，实现带通和低通滤波器。通过生成方波，并通过建立在首个开关电容器模块中的稳压器，加在psoc开关电容滤波器上，从而创建
高质量正弦波。通过一个中心位于方波基频的窄带带通滤波器，方波可以去除绝大多数谐波。
为从psoc开关电容带通滤波器产生最高保真度的正弦波，要使用尽可能高的过采样速率，因数约为33，即每个正弦波周期33阶。合成的正弦波足够平滑到足以驱动能衰减残余更高谐波的lvdt。用可编程增益放大器调整psoc的内部电压基准，可以在滤波前对方波幅度作粗略的控制。为补偿波形直流偏置电压，放大器对2.6v内部模拟地基准进行缓冲，并驱动用作lvdt模拟地回路的输出管脚。
lvdt输出由幅度可变的正弦波电压组成，其相对于正弦波激励电压的相位角要经受一个相当大的可变移位，有时相移会超过180。lvdt的信号驱动psoc的可编程增益放大器，其输出送至开关电容低通滤波器，跟随一个用于同步整流的稳压器。整流后的信号驱动一输出管脚，以及psoc的开关电容adc。
将lvdt输出加在同步稳压器上，跟随一个低通滤波器，产生直流电压送至adc或直接驱动模拟反馈控制系统。在psoc微控制器中，连接到adc的低通开关电容滤波器需要相同的采样时钟驱动这两个电路，导致psoc的11位δ-s adc的转换速率大约是低通滤波器角频率的一半。同步稳压产生两倍激励频率纹波频率，因此更容易被低通滤波器去除。将、重新设计低通滤波器的角频率为激励频率的三分之一，就可以在等于或低于1 lsb（最低有效位）标准差下，使lvdt输出的测量达到11位分辨率。
用配置为计数器链的逻辑电路块将psoc的24mhz内部系统时钟分频，产生开关电容器模拟电路模块所需的数字时钟信号。在加电或复位后，psoc的cpu配置所有可配置的模拟和数字电路模块，并开始运行。从那以后，硬件便能够激励lvdt，并无需cpu参与的情况下，以每秒500次采样速率测量其输出。当psoc cpu运行在12mhz时，处理adc内部动作和中断只消耗cpu不到3%的资源。
大量psoc资源仍可用于计算lvdt位置，以及在lcd模块上以文本形式显示结果。四个模拟电路模块、五个逻辑电路模块和很多i/o管脚都可用于支持更高要求的应用。图3显示了可用于附加功能的可配置模块。
图3 可用于附加功能的可配置模块
将一个lvdt(线性可变差分变压器)连接到微控制器是有挑战性的工作，因为lvdt需要交流输入激励和交流输出的测量，以确定其可移动核的位置(参考文献1)。多数微控制器都缺乏专用交流信号生成与处理能力，因此需要外部电路产生任意谐波、波幅与稳定频率的正弦波信号。lvdt输出信号的波幅与相位转换成与微控制器内部adc兼容的形式，一般需要添加外部电路。
与传统微控制器相比，cypress半导体公司的psoc微控制器含有用户可配置的逻辑和模拟模块，简化交流信号的生成与测量。psoc器件具有无需连续cpu的干预就能生成模拟信号的独特功能。psoc灵活的模拟与数字模块可以驱动一支lvdt，并无需外部电路就可以测量其输出。图1显示的是lvdt接口的完整电路，图2显示的是psoc微控制器的内部电路框图。
图1 lvdt接口的完整电路
图2 psoc微控制器的内部电路框图
psoc采用多对用户可配置的开关电容器模块，实现带通和低通滤波器。通过生成方波，并通过建立在首个开关电容器模块中的稳压器，加在psoc开关电容滤波器上，从而创建
高质量正弦波。通过一个中心位于方波基频的窄带带通滤波器，方波可以去除绝大多数谐波。
为从psoc开关电容带通滤波器产生最高保真度的正弦波，要使用尽可能高的过采样速率，因数约为33，即每个正弦波周期33阶。合成的正弦波足够平滑到足以驱动能衰减残余更高谐波的lvdt。用可编程增益放大器调整psoc的内部电压基准，可以在滤波前对方波幅度作粗略的控制。为补偿波形直流偏置电压，放大器对2.6v内部模拟地基准进行缓冲，并驱动用作lvdt模拟地回路的输出管脚。
lvdt输出由幅度可变的正弦波电压组成，其相对于正弦波激励电压的相位角要经受一个相当大的可变移位，有时相移会超过180。lvdt的信号驱动psoc的可编程增益放大器，其输出送至开关电容低通滤波器，跟随一个用于同步整流的稳压器。整流后的信号驱动一输出管脚，以及psoc的开关电容adc。
将lvdt输出加在同步稳压器上，跟随一个低通滤波器，产生直流电压送至adc或直接驱动模拟反馈控制系统。在psoc微控制器中，连接到adc的低通开关电容滤波器需要相同的采样时钟驱动这两个电路，导致psoc的11位δ-s adc的转换速率大约是低通滤波器角频率的一半。同步稳压产生两倍激励频率纹波频率，因此更容易被低通滤波器去除。将、重新设计低通滤波器的角频率为激励频率的三分之一，就可以在等于或低于1 lsb（最低有效位）标准差下，使lvdt输出的测量达到11位分辨率。
用配置为计数器链的逻辑电路块将psoc的24mhz内部系统时钟分频，产生开关电容器模拟电路模块所需的数字时钟信号。在加电或复位后，psoc的cpu配置所有可配置的模拟和数字电路模块，并开始运行。从那以后，硬件便能够激励lvdt，并无需cpu参与的情况下，以每秒500次采样速率测量其输出。当psoc cpu运行在12mhz时，处理adc内部动作和中断只消耗cpu不到3%的资源。
大量psoc资源仍可用于计算lvdt位置，以及在lcd模块上以文本形式显示结果。四个模拟电路模块、五个逻辑电路模块和很多i/o管脚都可用于支持更高要求的应用。图3显示了可用于附加功能的可配置模块。
图3 可用于附加功能的可配置模块
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