智能傳感器信號處理(下)

　　DSC的主要特點

　　典型的DSC架構(gòu)具有使其適用于大量傳感器應(yīng)用的多種CPU和外設(shè)特性。在本節(jié)中，我們將探討這些特性中最有用的幾個，在選擇DSC架構(gòu)時這幾個特性是考慮的重點。

　　增強的CPU功能

　　16位DSC最強大的特性是可提供豐富的DSP功能。真正的DSC包含兩個40位累加器，可用于存儲兩個獨立的16位x 16位乘法運算的結(jié)果。

　　大多數(shù)DSP算法(如FIR和IIR濾波)都會涉及計算乘積之和。利用特殊指令，如乘 – 累加(Multiply-and-Accumulate，MAC)，可以在一個指令周期內(nèi)將兩個16位數(shù)字相乘，將結(jié)果加到累加器，然后從RAM預(yù)取一對數(shù)據(jù)值。利用兩個累加器，也可以將數(shù)據(jù)寫回一個累加器，同時在另一個累加器上執(zhí)行計算。

　　累加器寬度為40位(而非32位)時，可以將數(shù)據(jù)暫時“溢出”(這在累加器中累加大量值時經(jīng)常發(fā)生)。此外，DSC的CPU也可以選用一種稱為“飽和”的機(jī)制將值保持在允許的范圍內(nèi)，并在將值寫回RAM時對值進(jìn)行取整或換算。DSC的另一項特性(也是MCU一般缺少的)是其解讀分?jǐn)?shù)形式的數(shù)據(jù)能力，DSC并不總是假定數(shù)據(jù)為整數(shù)，因而有助于分?jǐn)?shù)運算。

　　除了上述特性外，還增加了各種數(shù)據(jù)尋址模式，用以高效移動數(shù)據(jù)，支持環(huán)形緩沖區(qū)和位反轉(zhuǎn)尋址以及零開銷循環(huán)，很顯然，DSC提供了非常強大的用戶友好型CPU架構(gòu)來處理或分析傳感器數(shù)據(jù)。

　　靈活的中斷結(jié)構(gòu)

　　DSC器件的中斷結(jié)構(gòu)擁有較高的靈活性。一般來說，支持大量可單獨允許并設(shè)置優(yōu)先級的中斷源和向量(這對于涉及多個傳感器的應(yīng)用非常有利)。其中斷延時應(yīng)該具有高確定性，以簡化系統(tǒng)開發(fā)人員的工作。顯著提高智能傳感器信號處理應(yīng)用效率的另一個特性是直接存儲器訪問(DMA)，其在外設(shè)和存儲器之間(例如在ADC和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)之間)自動傳輸大批量的數(shù)據(jù)。

　　運行時自編程(RTSP)

　　大多數(shù)傳感器應(yīng)用都需要存儲常量，其用于根據(jù)環(huán)境條件、變換器輸出與預(yù)測量之間的偏移量來校準(zhǔn)從傳感器獲取的數(shù)據(jù)。后處理算法也會使用常量，如濾波系數(shù)或FFT“旋轉(zhuǎn)因子”。但是，在RAM中存儲此類常量會浪費數(shù)據(jù)存儲空間。DSC器件通常包含閃存程序存儲器和基于閃存的數(shù)據(jù)EEPROM，可用于高效可靠地存儲和訪問此類常量。在閃存DSC器件中，用戶的程序甚至可以實時修改這些常量，具體取決于環(huán)境、數(shù)據(jù)或工作條件的變化。

　　在線串行編程(ICSP)

　　借助閃存DSC，用戶能夠使用稱為在線串行編程(In-Circuit Serial Programming，ICSP)的方法在現(xiàn)場輕松升級應(yīng)用固件。在線串行編程，不僅可以修正傳感器校準(zhǔn)或軟件漏洞，以最少的成本和最短的延時提供更強的功能，而且可以使同一控制器用在不同類型的傳感器接口中和不同的條件下。

　　除此之外，還有高分辨率ADC和DAC，高速輸入捕捉和輸出比較，I/O電平變化通知功能等。

　　應(yīng)用示例

　　現(xiàn)在讓我們看幾個基于傳感器的系統(tǒng)的示例，在這些示例中，DSC提供了理想的架構(gòu)解決方案。本文并未逐一羅列所有的情況，僅為說明DSC在傳感器應(yīng)用中應(yīng)用廣泛而已。

　　溫度傳感器

　　在傳感器測量的各種物理量中，溫度測量可能最為常見。在工業(yè)設(shè)備、化工廠、供暖、通風(fēng)與空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)、計算機(jī)安裝和電池管理系統(tǒng)等眾多系統(tǒng)中，溫度測量是極其重要的一個方面。若要根據(jù)所測量的電阻準(zhǔn)確計算溫度(例如使用電阻式溫度檢測器或熱敏電阻)，需要進(jìn)行對數(shù)計算和除法，在此過程中，DSC的DSP功能將非常有效。在某些配置中，需要差分ADC輸入。

　　將熱電偶用作溫度傳感器時，所產(chǎn)生的電壓很小，因而容易受到寄生結(jié)效應(yīng)的干擾。在使用P-N結(jié)(硅)傳感器的情況下，所產(chǎn)生的電壓將隨器件的不同而有所變化，難以進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。不管是哪一種情況，在片上數(shù)據(jù)EEPROM或閃存程序存儲器上存儲和訪問校準(zhǔn)常量的功能都有助于補償這種不需要的效應(yīng)。