擁有USB的PSoC應(yīng)用于風(fēng)扇控制

當(dāng)選擇一個(gè)控制器時(shí)，設(shè)計(jì)師必須了解需要多少個(gè)模擬輸入。對于只需要6個(gè)輸入的系統(tǒng)，8個(gè)輸入是否足夠？需求會不會進(jìn)一步提高？一個(gè)特殊的控制器系列能夠處理多少個(gè)模擬輸入？CY8C24794通過允許將其多達(dá)6個(gè)I/O端口與一個(gè)模擬多路復(fù)用器相連的方法（從而可將48個(gè)引腳用于模擬信號）解決了該問題。上述示意圖4就對此問題進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

　　一個(gè)I/O模擬多路復(fù)用器（復(fù)用器是一種綜合系統(tǒng)，通常包含一定數(shù)目的數(shù)據(jù)輸入，n個(gè)地址輸入（以二進(jìn)制形式選擇一種數(shù)據(jù)輸入））實(shí)際是兩根總線，如果需要的話，可在內(nèi)部進(jìn)行連接。它實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)大型交叉開關(guān)，允許將 任何引腳連接至一個(gè)模擬控制系統(tǒng)的模擬陣列。每個(gè)引腳都具有一個(gè)開關(guān)，當(dāng)被選擇時(shí)則與一根模擬總線相連。如果模擬陣列和數(shù)字塊被配置成一個(gè)ADC，則將能夠檢測多達(dá)48個(gè)輸入信號的電壓。

　　與模擬多路復(fù)用器總線相連的還有一個(gè)電流源。該電流DAC是可選的，并具有兩個(gè)調(diào)節(jié)范圍，即：0μA~20μA或0μA~400μA。如欲讀出一個(gè)電阻值，則只需以下四個(gè)步驟即可：

　?。?） 將電阻連接至一個(gè)引腳

　　（2） 把該引腳連接至模擬總線

　?。?） 啟動電流

　　（4） 利用同樣連接至該總線的ADC來測量負(fù)載電壓（該電壓是電阻與電流的乘積）

　　為了獲得超高準(zhǔn)確度，一種方法是犧牲一個(gè)引腳來換取一個(gè)基準(zhǔn)電阻器。將該電阻器連接至總線，并測量其兩端的負(fù)載電壓。然后，斷開該電阻器、連接所需的電阻器并測量其負(fù)載電壓。這兩個(gè)電壓讀數(shù)之比就等于兩個(gè)電阻器的阻值之比。電流準(zhǔn)確度中的任何誤差都將下降。此時(shí)，測量的準(zhǔn)確度完全取決于基準(zhǔn)電阻器的準(zhǔn)確度。

　　加至模擬多路復(fù)用器上的一個(gè)放電開關(guān)可被用來測量電容。當(dāng)受到的激勵(lì)時(shí)，與電阻器將產(chǎn)生一個(gè)DC（直流）負(fù)載電壓

　　不同，生成的是一個(gè)。該斜坡速率與激勵(lì)電流成正比，而與測量電容成反比。為了方便該轉(zhuǎn)換速率的測量，模擬部分被配置成一個(gè)采樣比較器。電容器（由兩片接近并相互絕緣的導(dǎo)體制成的電極組成的儲存電荷和電能的器件）被連接至總線，從而產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)換信號。當(dāng)該信號達(dá)到比較器的調(diào)整點(diǎn)時(shí)，放電開關(guān)進(jìn)入工作狀態(tài)，導(dǎo)致電容器放電回零。開關(guān)隨后釋放，該循環(huán)繼續(xù)進(jìn)行。這個(gè)過程被稱為弛張振蕩。顯然，這種循環(huán)的頻率與施加的電流成正比，而與電容成反比。比較器輸出被饋至數(shù)字部分，這里已經(jīng)配置了一個(gè)頻率計(jì)數(shù)器或周期定時(shí)器。電容可從測量數(shù)字信號推導(dǎo)出來。

　　有多種換能器可將信號轉(zhuǎn)換成電容，比如顯微機(jī)械加工加速器。電容的一項(xiàng)重要應(yīng)用是測量手指的存在與否。該技術(shù)可被用于電容性觸摸開關(guān)的移植，這種觸摸開關(guān)正在逐漸取代消費(fèi)類電子產(chǎn)品（比如：MP3播放器、筆記本電腦和移動電話）中的按鈕和開關(guān)。電容性觸摸開關(guān)提供了一種獨(dú)特的用戶體驗(yàn)，而且不易受到潮濕以及其他環(huán)境因素的損壞。

　　風(fēng)扇控制應(yīng)用

　　風(fēng)扇模塊概述：大型電信、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)經(jīng)常使用高性能處理器，從而在一個(gè)簡單的機(jī)架上實(shí)現(xiàn)更多功能。例如，一個(gè)曾經(jīng)支持12條ADSL的線卡現(xiàn)在可以支持64條，之前能夠耗散24W （每條ADSL為2W）功率的電路板現(xiàn)在必須耗散128W的功率。用強(qiáng)勁的冷空氣氣流降低相關(guān)熱阻，以達(dá)到散熱要求。大多數(shù)電信系統(tǒng)包含很多風(fēng)扇。為保證在一個(gè)風(fēng)扇出現(xiàn)故障的情況下系統(tǒng)仍能正常工作，系統(tǒng)經(jīng)常放置超過理論所需數(shù)目的風(fēng)扇（N+1結(jié)構(gòu)）。這樣，一個(gè)系統(tǒng)可能會用到6至8個(gè)風(fēng)扇。每個(gè)風(fēng)扇都有自己的電源，使風(fēng)扇可以很容易地替換而不需要關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)。

　　PSoC器件的常見應(yīng)用之一便是風(fēng)扇控制。PSoC架構(gòu)的超群集成度使得實(shí)際風(fēng)扇控制應(yīng)用的元件數(shù)量減少了25個(gè)以上。

　　如上述方框示意圖5即為一種速度受控型風(fēng)扇的實(shí)例。我們將對其進(jìn)行研究PSoC器件對其帶來的作用。

　　我們對所需的溫度進(jìn)行測量，并將測量值用于定義期望的風(fēng)扇速度（調(diào)整點(diǎn)）。最初，對于20℃以下的溫度，該參數(shù)為2000RPM；對于70℃以及更高的溫度，該參數(shù)則為7000RPM，并且隨著這些極限值之間的溫度呈線性變化。這些是初始值；它們必須能夠由主機(jī)通過I2C接口來改變。輸送至風(fēng)扇的功率由一個(gè)脈寬調(diào)制器（PWM）來控制。其頻率應(yīng)接近1kHz。一個(gè)轉(zhuǎn)速計(jì)被連接至風(fēng)扇，用于測量其速度?？刂扑惴ㄇ蟮闷谕俣扰c測量速度之差（誤差），并用它來確定PWM的合適占空比。與溫度一樣，這些控制參數(shù)的設(shè)定值也必須能夠通過I2C主機(jī)來改變。

　　如上述示意圖6所示，PWM（脈沖調(diào)制器）是利用一個(gè)數(shù)字塊來實(shí)現(xiàn)的。所做的一項(xiàng)改進(jìn)是采用了另一個(gè)數(shù)字塊來生成一個(gè)具有50.2%（128/255）占空比的偽隨機(jī)脈沖流。當(dāng)把該信號連接至PWM啟動引腳時(shí)，PWM的工作頻率將是一個(gè)連續(xù)啟動的PWM的50.2%。

　　這種PWM實(shí)現(xiàn)方案的好處是輸出頻率現(xiàn)在擁有了一個(gè)±3%的高頻抖動，這樣可以顯著地降低了峰值諧波EMI輻射。

　　脈沖寬度的改變將在軟件的控制之下進(jìn)行。

　　轉(zhuǎn)速計(jì)電路由兩個(gè)數(shù)字塊（被配置為一個(gè)16位定時(shí)器）和一個(gè)連續(xù)模擬塊（被配置為一個(gè)比較器）組成，用于調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速計(jì)信號。

　　風(fēng)扇速度是通過測量兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間長度來確定的。比較器與列比較器總線0相連，后者又與定時(shí)器的捕獲信號相連。風(fēng)扇的標(biāo)稱轉(zhuǎn)速為2000rpm~7000rpm。選定的風(fēng)扇具有4個(gè)極點(diǎn)，因此標(biāo)稱范圍將具有133Hz（2000×4/60）和467Hz的標(biāo)稱頻率。當(dāng)采用一個(gè)用于實(shí)現(xiàn)定時(shí)器同步的2MHz系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)，可以測量長達(dá)328mS或31Hz的脈沖寬度。

　　上述示意圖為一個(gè)將被用來測量溫度，被選產(chǎn)品型號為muRata NTH5G16P33B103J07TH的溫度-電阻關(guān)系。