NXP2214實現(xiàn)多路韋根信號采集硬件設(shè)計

韋根傳感器是一種當(dāng)交變磁場經(jīng)過時產(chǎn)生輸出電壓脈沖的傳感器。脈沖的幅度是由激勵磁場的場強決定的。因此，韋根傳感器不需要外界電源供電。韋根傳感器的工作頻率從0速率到20KHZ，脈沖的極性由激勵磁場的極性所決定。由于韋根傳感器非常容易和數(shù)字系統(tǒng)相匹配，并且系統(tǒng)沒有可動的部件或半導(dǎo)體器件，這使得它們能適用于惡劣的環(huán)境和長期無人監(jiān)控的場所。

　　1 韋根信號簡介

　　韋根信號是兩根數(shù)據(jù)線傳輸二進(jìn)制數(shù)據(jù)，在空閑時端，兩線的對0V的電源都為TTL電平的水平，也就是5V，一般通過5K電阻上拉，當(dāng)有數(shù)據(jù)傳輸時，兩根線交替地發(fā)送400uS低脈沖，當(dāng)Data0線發(fā)脈沖時，數(shù)據(jù)是0;當(dāng)Data1發(fā)脈沖時，發(fā)送的數(shù)據(jù)是1，不能兩根線同時發(fā)脈沖。脈沖的間隔時間是1mS。在設(shè)計讀卡器時，為防止使用者連接錯線，造成數(shù)據(jù)口損壞，在電路設(shè)計上一定要給數(shù)據(jù)輸出上加驅(qū)動級并加電阻限流。

　　2 接口硬件構(gòu)成

　　接收韋根信號的上層控制設(shè)備通常是一個單片機控制系統(tǒng)，承擔(dān)了I/O口驅(qū)動、以太網(wǎng)通信、數(shù)據(jù)處理、液晶顯示等任務(wù)。韋根信號脈沖寬度僅為40～100μs，如果采用掃描I/O口的方式，只有滿足掃描周期40 μs的條件(即采樣頻率高于25 kHz)，才能夠捕獲一個信息幀內(nèi)所有的下降脈沖信號，否則將因出現(xiàn)“脈沖遺漏”造成讀數(shù)錯誤。如此高的掃描速度將極大地消耗CPU資源，阻塞單片機系統(tǒng)其他任務(wù)的正常執(zhí)行，每個韋根接頭都連接到CPU的一個中斷信號引腳上，以中斷觸發(fā)的方式處理。由于CPU外部中斷數(shù)量的限制，CPU包括運算邏輯部件、寄存器部件和控制部件。CPU從存儲器或高速緩沖存儲器中取出指令，放入指令寄存器，并對指令譯碼。它把指令分解成一系列的微操作，然后發(fā)出各種控制命令，執(zhí)行微操作系列，從而完成一條指令的執(zhí)行。指令是計算機規(guī)定執(zhí)行操作的類型和操作數(shù)的基本命令。指令是由一個字節(jié)或者多個字節(jié)組成，其中包括操作碼字段、一個或多個有關(guān)操作數(shù)地址的字段以及一些表征機器狀態(tài)的狀態(tài)字和特征碼。有的指令中也直接包含操作數(shù)本身。

　　為了能夠接收多路信號，可以由另一個獨立的單片機構(gòu)成一個從機系統(tǒng)，以循環(huán)掃描數(shù)據(jù)總線的方式工作，專門負(fù)責(zé)多路信號的采集與處理，并將處理后的ID信息通過串行或并行方式發(fā)給主控單片機。但是這種方式增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度，從而給可靠性帶來隱患，同時也增加了成本。

　　本設(shè)計中主控制器是NXP2214，采用中斷觸發(fā)綜合掃描I/O的新方法，只用一個CPU的中斷信號，實現(xiàn)多路韋根接口信號的采集。韋根接口硬件電路如圖2所示。韋根接口是5 V的電平，而ARM內(nèi)核的CPU是3.3 V的電平，因此韋根信號首先通過芯片SN74LVC4245轉(zhuǎn)換成3.3 V電平。然后，輸入到NXP2214的P0.8～P0.15引腳上，這些引腳通過I/O方式掃描信號。

　　當(dāng)有任何一路韋根接口產(chǎn)生低電平時，經(jīng)過SN74-HC30D都會產(chǎn)生中斷;微控制器立刻響應(yīng)中斷，掃描輸入信號獲取完整的信號幀后退出中斷。這樣，只需要一個中斷信號，只在有信號時掃描I/O，不但不會阻塞系統(tǒng)其他任務(wù)的正常執(zhí)行，而且可以擴展出更多的韋根接口。