利用I/O模擬多路復(fù)用器PSoC簡(jiǎn)化傳感器控制設(shè)計(jì)

　　現(xiàn)在，傳感器電阻讀數(shù)的準(zhǔn)確度僅受限于基準(zhǔn)電阻器的準(zhǔn)確度和ADC的分辨率。任何增益誤差都不會(huì)被帶入計(jì)算之中。

　　然后，假設(shè)先前討論的控制應(yīng)用在規(guī)格上有一個(gè)變化，即要求用熱敏電阻來(lái)代替LM35。所選的特定熱敏電阻具有10kW/25℃的標(biāo)稱(chēng)電阻，簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方法是把熱敏電阻布設(shè)于所需的位置并將它們各自連接至一個(gè)引腳。將一個(gè)多余的引腳連接至10kW基準(zhǔn)電阻器，并設(shè)定電流DAC產(chǎn)生一個(gè)100μA的電流。通過(guò)將模擬陣列配置為一個(gè)ADC，即可順序測(cè)量每個(gè)負(fù)載電壓并計(jì)算所有熱敏電阻的阻值，再利用合適的方程來(lái)把這些電阻值轉(zhuǎn)換為溫度值。

　　圖3：具有放電電路的模擬多路復(fù)用器。

　　有些類(lèi)型的傳感器具有容性輸出，其中包括加速計(jì)和壓力傳感器。與產(chǎn)生DC負(fù)載電壓的阻性傳感器不同，當(dāng)采用DC電流來(lái)激勵(lì)時(shí)，容性傳感器將產(chǎn)生一個(gè)斜坡電壓，斜率與激勵(lì)電流成正比，而與測(cè)量電容成反比。為了方便該轉(zhuǎn)換速率的測(cè)量，在CY8C21x34的模擬總線(xiàn)上增設(shè)了一個(gè)放電開(kāi)關(guān)。當(dāng)被選擇時(shí)，該開(kāi)關(guān)將把模擬總線(xiàn)放電至地電位。可采用多種可配置資源來(lái)控制其操作。如欲測(cè)量斜坡，則把模擬模塊配置成采樣比較器。

　　比較器的輸出負(fù)責(zé)控制放電開(kāi)關(guān)。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形成了一個(gè)弛張振蕩器(relaxaTIon oscillator)。當(dāng)斜坡電壓上升至跳變點(diǎn)(trip point)時(shí)，比較器將關(guān)閉放電通路并重新把模擬總線(xiàn)放電至地電位。然后，比較器釋放開(kāi)關(guān)，電壓繼續(xù)上升。比較器輸出被饋送至配置了一個(gè)頻率計(jì)數(shù)器或周期定時(shí)器的數(shù)字部分。電容值可以從測(cè)量的數(shù)字信號(hào)推導(dǎo)出來(lái)。

　　現(xiàn)在，假設(shè)一個(gè)需要測(cè)量壓力的控制應(yīng)用。微加工技術(shù)的發(fā)展使得能夠利用固定在玻璃襯底上的硅薄膜來(lái)制作廉價(jià)的壓力傳感器。壓力的變化會(huì)使薄膜產(chǎn)生偏移，從而導(dǎo)致電容的改變。然而，熱膨脹也會(huì)引發(fā)電容的變化，使得這些傳感器容易受到溫度的影響。相應(yīng)的解決方案是在相同的襯底上設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)電容器，并測(cè)量?jī)蓚€(gè)電容的比值。

　　在測(cè)量壓力時(shí)，將兩個(gè)容性輸出均與PSoC引腳相連。模擬部分如今被配置為一個(gè)具有1.3V觸發(fā)電平的采樣比較器，并用于控制放電開(kāi)關(guān)。電流源被設(shè)定為10μA。對(duì)于一個(gè)10pF的標(biāo)稱(chēng)電容，產(chǎn)生的電壓變化斜率為1V/μs。在該速率條件下，斜坡電壓將需要1300ns的時(shí)間才能達(dá)到1.3V的跳變點(diǎn)。數(shù)字部分計(jì)算出的頻率為769kHz。測(cè)量頻率與測(cè)量電容成反比。對(duì)每個(gè)電容進(jìn)行順序測(cè)量，并計(jì)算一個(gè)比值。這兩個(gè)數(shù)值之比將消除任何由于電流源或用于計(jì)算頻率的系統(tǒng)時(shí)鐘的不精確性所引發(fā)的誤差。