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测量位置的PSoC微控制器与LVDT 测试测量 免费猫

发布时间:2020-02-17 13:43:15 阅读: 来源:高速门厂家

测量位置的PSoC微控制器与LVDT - 测试测量 - 电子工程网

将一个LVDT(线性可变差分变压器)连接到一个微控制器是有挑战性的工作,因为一个LVDT需要交流输入的激励和对交流输出的测量,以确定其可动核的位置(参考文献1)。多数微控制器都缺乏专用的交流信号生成与处理能力,因此需要外部电路来产生无谐波、波幅与频率稳定的正弦波信号。要将LVDT的输出信号波幅与相位转换成与微控制器内部ADC兼容的格式,一般需要添加外部电路。

与一般微控制器相比,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电路块,简化了交流信号的生成与测量工作。PSoC器件有独特的功能,即无需 CPU的连续干预就能生成模拟信号。PSoC灵活的模拟与数字块可以驱动一支LVDT,并无需外部电路就可以测量其输出。图1是LVDT接口的完整电路,图2是PSoC微控制器的内部电路框图。

PSoC采用一对用户可配置的开关电容器块,同时实现带通滤波器和低通滤波器。你可以通过生成一个方波,并通过建立在第一个开关电容器块中的调制器,将其加在PSoC开关电容滤波器上,从而创建高质量的正弦波。使方波通过一个中心位于方波基频的窄带带通滤波器,可以去除大多数谐波。

为使PSoC开关电容带通滤波器产生最高保真度的正弦波,要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步。得到的正弦波平滑得足以驱动能衰减所有残余高阶谐波的LVDT。采用一个可变增益放大器标定PSoC的内部电压基准,就可以在方波滤波前对其波幅作粗略的控制。为了补偿波形的直流偏移电压,放大器对2.6V内部模拟接地基准进行缓冲,并驱动用作LVDT模拟地回路的输出脚。

LVDT输出包括一个幅度可变的正弦波电压,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,有时相移要超过180。。LVDT的一个信号驱动PSoC的一个可变增益放大器,其输出送至一个开关电容低通滤波器,并跟随一个用于同步整流的调制器。整流后的信号驱动一个输出脚,以及一个PSoC的开关电容ADC。

将LVDT输出加在同步整流器上,后跟随一个低通滤波器,这样产生一个直流电压,它可以送至ADC或直接驱动一个模拟反馈控制系统。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来驱动两个电路,因此,PSoC 11位Δ-S ADC的转换速率大约是低通滤波器角频率的一半。同步整流产生的纹波频率是激励频率的两倍,因此更容易用低通滤波器去除。将低通滤波器的角频率重新确定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)标准偏差下,使LVDT输出的测量达到11位分辨率。

用作为计数器链配置的逻辑电路块将 PSoC 24 MHz 内部系统时钟分频,就得到开关电容器模拟电路块需要的所有数字时钟信号。在加电或复位之后,PSoC的CPU配置所有可配置的模拟与数字电路块,并开始运行。以后硬件便能够激励LVDT并以每秒500次采样速率测量其输出,无需CPU的进一步干预。当 PSoC CPU运行在12 MHz时,处理ADC内部活动以及中断只消耗不到3%的CPU资源。

对于计算LVDT位置以及在LCD模块上以文本形式显示结果时有大量PSoC资源可用。有四个模拟电路块、五个逻辑电路块和很多I/O脚都可以用于支持更高要求的应用。图3显示了附加功能可以使用的配置块。

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