PSoC 微控制器和 LVDT 測(cè)量位置

將LVDT（線性可變差動(dòng)變壓器）連接到微控制器可能具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)長VDT需要交流輸入激勵(lì)和交流輸出測(cè)量來確定其可移動(dòng)磁芯的位置（參考文獻(xiàn) 1 ).大多數(shù)微控制器缺乏專用的交流信號(hào)生成和處理能力，因此需要外部電路來生成無諧波、幅度和頻率穩(wěn)定的正弦波信號(hào)。將LVDT的輸出信號(hào)的幅度和相位轉(zhuǎn)換為與微控制器內(nèi)部ADC兼容的形式通常需要額外的外部電路。

將LVDT（線性可變差動(dòng)變壓器）連接到微控制器可能具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)長VDT需要交流輸入激勵(lì)和交流輸出測(cè)量來確定其可移動(dòng)磁芯的位置（參考文獻(xiàn) 1 ).大多數(shù)微控制器缺乏專用的交流信號(hào)生成和處理能力，因此需要外部電路來生成無諧波、幅度和頻率穩(wěn)定的正弦波信號(hào)。將LVDT的輸出信號(hào)的幅度和相位轉(zhuǎn)換為與微控制器內(nèi)部ADC兼容的形式通常需要額外的外部電路。

與傳統(tǒng)微控制器相比， 賽普拉斯半導(dǎo)體公司 PSoC 微控制器包括用戶可配置的邏輯和模擬模塊，可簡化交流信號(hào)的生成和測(cè)量。PSoC 設(shè)備具有不同尋常的功能，即能夠生成模擬信號(hào)而無需持續(xù)關(guān)注 CPU。PSoC 靈活的模擬和數(shù)字模塊可以驅(qū)動(dòng) LVDT 并測(cè)量其輸出，而無需任何外部電路。 圖1 顯示了LVDT接口的完整電路，以及 圖2 顯示了 PSoC 微控制器的內(nèi)部電路塊。

圖1 單個(gè)PSoC可以激勵(lì)LVDT，將其內(nèi)核位置數(shù)字化，并將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給外部LCD。


圖2 LVDT接口電路需要許多模擬功能。

PSoC 使用成對(duì)用戶可配置的開關(guān)電容模塊來實(shí)現(xiàn)帶通和低通濾波器。通過生成方波并通過個(gè)開關(guān)電容模塊內(nèi)置的調(diào)制器將其施加到 PSoC 開關(guān)電容濾波器上，可以創(chuàng)建高質(zhì)量的正弦波。使方波通過以方波基頻為中心的窄帶通濾波器可消除大部分諧波。

要從PSoC開關(guān)電容帶通濾波器獲得保真度的正弦波形，請(qǐng)使用盡可能高的過采樣率（大約33倍）或每個(gè)正弦波周期33步。產(chǎn)生的正弦波足夠平滑，可以驅(qū)動(dòng)LVDT，從而衰減任何殘留的高次諧波。使用可編程增益放大器調(diào)整PSoC的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源，可在方波進(jìn)行濾波之前對(duì)其進(jìn)行粗略控制。為了補(bǔ)償波形的直流失調(diào)電壓，放大器緩沖2.6V內(nèi)部模擬地基準(zhǔn)，并驅(qū)動(dòng)一個(gè)輸出引腳，用作LVDT的模擬地回路。

LVDT的輸出由一個(gè)可變幅度的正弦波電壓組成，其相對(duì)于正弦波激勵(lì)電壓的相位角經(jīng)歷一個(gè)顯著的可變偏移，有時(shí)超過180°。來自LVDT的信號(hào)驅(qū)動(dòng)PSoC的可編程增益放大器之一，其輸出饋送開關(guān)電容低通濾波器，然后饋送調(diào)制器以進(jìn)行同步整流。整流信號(hào)驅(qū)動(dòng)一個(gè)輸出引腳和一個(gè)PSoC的開關(guān)電容ADC。

將LVDT的輸出施加到同步整流器，然后施加低通濾波器，產(chǎn)生直流電壓，該直流電壓可為ADC供電或直接驅(qū)動(dòng)模擬反饋控制系統(tǒng)。在PSoC微控制器中，連接到ADC的低通開關(guān)電容濾波器要求相同的采樣時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電路，因此PSoC的11位Δ-Σ型ADC的轉(zhuǎn)換速率約為低通濾波器轉(zhuǎn)折頻率的一半。同步整流產(chǎn)生的紋波頻率是激勵(lì)頻率的兩倍，因此更容易用低通濾波器去除。將低通濾波器的轉(zhuǎn)折頻率重新定位到激勵(lì)頻率的三分之一，可以將LVDT的輸出測(cè)量為11位分辨率，標(biāo)準(zhǔn)偏差為1 LSB（有效位）或更低。

將 PSoC 的 24MHz 內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘與配置為計(jì)數(shù)器鏈的邏輯塊進(jìn)行分頻，可生成開關(guān)電容模擬電路模塊所需的所有數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)。在電源應(yīng)用或復(fù)位后，PSoC 的 CPU 配置所有配置的模擬和數(shù)字模塊并開始運(yùn)行。從那時(shí)起，硬件激勵(lì)LVDT并以500個(gè)樣本/秒的速度測(cè)量其輸出，而無需CPU的進(jìn)一步干預(yù)。當(dāng) PSoC 的 CPU 以 12 MHz 的頻率運(yùn)行時(shí)，處理 ADC 的內(nèi)務(wù)管理和中斷消耗不到 CPU 資源的 3%。

PSoC的大量資源仍可用于計(jì)算LVDT的位置，并在LCD模塊上以文本格式顯示結(jié)果。四個(gè)模擬模塊、五個(gè)邏輯模塊和許多I/O引腳仍然可用，以支持要求更高的應(yīng)用。 圖3 顯示可用于添加功能的可配置塊。

圖3 您可以使用未標(biāo)記的電路塊進(jìn)行擴(kuò)展。