2017-04-10 16:44:24

  年俊傑,蘇智劍,吳嘉宜,李向飛

  (鄭州大學 機械工程學院,河南 鄭州 450001)

       摘要:Cypress半導體公司生產的片上可編程係統芯片(PSoC)可視為8位微控製器,它包含可實現多重配置的模擬器件、數字器件和模數混合器件。研究了基於PSoC的差動式電感傳感器的微控製器設計方案,實現微控製器與差動式電感傳感器的連接、傳感器輸出信號的整流以及輸出結果的AD轉換等。與需要多個芯片以及外部硬件電路協調工作的傳統設計方案相比,該設計方案簡化了交流信號的生產與測量工作,在保持高係統性能的同時,縮減了板極空間,降低了係統功耗和成本。

  關鍵詞:差動式電感傳感器;片上可編程係統(PSoC);驅動器;微控製器

  中圖分類號:TP202+.2文獻標識碼:ADOI: 10.19358/j.issn.1674?7720.2017.06.002

  引用格式:年俊傑,蘇智劍,吳嘉宜,等. 基於PSoC的同頻反相正弦波發生器的研究[J].微型機與應用,2017,36(6):3-6.

0引言

  在實際應用中,很多硬件驅動器上都需要同頻、相位相差180°的雙路正弦信號。Cypress半導體公司生產的片上可編程係統芯片(PSoC)可視為8位微控製器,它幾乎不需要外部電路,一片PSoC芯片就可以實現一個電子係統,具有豐富的內部資源,比如可實現多重配置的模擬器件、數字器件和模數混合器件[1],如圖1所示。

001.jpg

1發生器原理

  基於PSoC產生兩路同頻反相的正弦信號的過程是:先生成方波,然後利用用戶可配置的開關電容器模塊實現帶通濾波或低通濾波,進而獲得正弦信號[2]。本文將介紹兩種方波發生方式,兩種方波生成正弦波的方式如圖2所示。

002.jpg

2方波信號

  PSoC芯片中包含有數字模塊計數器、定時器和脈衝調製用戶模塊。這三種模塊通過不同的設置,可以實現不同的功能。文中就是利用這三種模塊來實現兩種產生方波的方式。

  2.1定時器(Timer8)和脈衝調製(PWM8)模塊產生方波

  定時器用戶模塊提供了可編程的減值計數器、時鍾和啟用信號,可以在任何係統時基或外部來源之間進行選擇。一旦啟動,定時器就能夠連續運行並能在達到最終計數時,從周期寄存器內重新加載定時器的內部數值。

  PWM用戶模塊提供了可編程周期和脈衝寬度的脈衝寬度調製器,時鍾和啟用信號可以從若幹來源中選擇,每個脈衝循環的周期值自動重新加載。

  方波頻率的計算公式為:

  L1EBO~U`%TP6%2$W1L(%QF4.png

  方波占空比計算公式為:

  q=(PulseWidth+1)/(Period+1)(2)

  2.2計數器(Counter16)模塊產生方波

  計數器用戶模塊提供周期和脈衝寬度可編程的減值計數器。時鍾和啟用信號可以在任何係統時基或外部來源之間進行選擇,終端計數周期自動重新載入。

  方波的頻率計算公式為:

  %V2V`TK%){1UF$@7@_FAPSK.png

  方波占空比計算公式為:

  q=(CompareValue+1)/(Period+1)(4)

3正弦波發生器

  3.1低通濾波器(LPF2)產生正弦波

  LPF2用戶模塊是一種通用型的二階狀態變量濾波器,也稱雙二次低通濾波器。它可以通過設置參數實現任何一種經典的全極點濾波器。轉折頻率和阻尼比均為時鍾頻率以及電容器數值比率的函數[3]。轉折頻率可以通過控製采樣頻率時鍾來精確地設置或調整。這種產生正弦波的方式其PSoC數字模塊內部連接如圖3所示。

003.jpg

  低通濾波器的原理圖如圖4所示。

004.jpg

  該濾波器的傳遞函數表達式為:

  G7UZI~5FZ4@38)0[@6EX11P.png

  由此可以得到增益G、轉換頻率wn、wo和阻尼率d的設計公式:

  {0H6YN]KU)ZQR4Q84GRNO2B.png

  對於第一階近似來說,設計公式可以簡化為更清晰的電容比率關係:

  T[{V5%TP}@~)G0Q~7%%56JF.png

  此設計流程目標是為了得到盡可能高的時鍾頻率fclk,以達到最佳的保真度和最低的混疊現象。將CA和CB設置為32,將C2設置為最小的整數值1,C4的初始值設置為最大值31,根據C3≥d2C2CACBC4, 算出最小數值C3,根據下式

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