基于片上系統(tǒng)芯片的傳感器模塊設(shè)計
傳感器模塊(STIM)原理框圖如圖1所示,主要包括:變送器陣列模塊、信號調(diào)理模塊、多通道數(shù)據(jù)采集模塊、TEDS模塊及TII智能接口等部分。為了增強系統(tǒng)的集成度,設(shè)計采用了集成式的片上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)ADuC812。
傳感器的輸出信號經(jīng)調(diào)理模塊放大調(diào)理,輸入至ADuC812片內(nèi)的多通道ADC,ADC對相應(yīng)通道模數(shù)轉(zhuǎn)換后,存儲于RAM中,然后通過TII智能接口將數(shù)據(jù)讀入NCAP。為了方便TEDS內(nèi)容的升級與更新,系統(tǒng)采用異步串行口來下載電子數(shù)據(jù)表格至ADuC812的片內(nèi)Flash。此外,異步串行口還可用來下載和調(diào)試用戶程序,方便系統(tǒng)開發(fā)。
3 傳感器系統(tǒng)硬件詳細設(shè)計
3.1 STIM傳感器前端信號采集電路設(shè)計
溫度傳感器采用AD公司的AD590芯片實現(xiàn)的,它是單片集成兩端感溫電流源。其電路原理圖如圖2所示,其中R1=5.1KΩ,R2=R3=10KΩ,R4=2KΩ,R5和R6分別選10KΩ的電位器。AD590受溫度變化產(chǎn)生電流信號時,在電阻R1兩端產(chǎn)生電勢差,從而在運放輸入端產(chǎn)生電壓信號,由加法電路進行調(diào)節(jié)零點漂移;由運放OP07進行比例放大,放大倍數(shù)由電位器R6調(diào)節(jié),使測試溫度范圍在0~65℃,輸出電壓相應(yīng)為0~2.5V。
3.2 復(fù)位電路設(shè)計
ADuC812需要外接POR(Power-on reset,上電復(fù)位)電路。上電復(fù)位電路在電源電壓低于2.5V時,要使RESET引腳保持高電平;而且,在電源電壓高于2.5V時,RESET引腳保持低電平至少10ms。在本模塊中采用專門的POR芯片ADM810設(shè)計的POR電路。ADM810是CMOS監(jiān)控電路芯片,能夠監(jiān)控電源電壓、電源故障和微處理器的工作狀態(tài)。復(fù)位信號RESET用于啟動或重新啟動CPU,在上電期間只要電源電壓VCC大于1.0V,就能保證輸出高電平電壓。在VCC上升期間RESET保持高電平直到電源電壓升至復(fù)位門(4.65V)以上,在超過此門限后,內(nèi)部定時器大約再維持200ms后釋放RESET,使其返回低電平。無論何時,只要電源電壓降低到復(fù)位門限以下(即電源跌落),RESET引腳就會變高,如果在已經(jīng)開始的復(fù)位脈沖期間出現(xiàn)電源跌落,復(fù)位脈沖至少再維持140ms。在掉電期間,一旦電源電壓VCC降到復(fù)位門限以下,只要VCC不比1.0V還低,就能使RESET維持高電平。
3.3 TII接口模塊
TII接口是硬件設(shè)計的重點,該接口不是一種額外的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,而是連接NCAP和STIM的接口,主要定義二者之間的點對點連接,同步時鐘的短距離接口。TII是基于SPI協(xié)議的串口通信接口,其中DIN,DOUT,DCLK和NIOE完成通訊功能,NTRIG和NACK實現(xiàn)與STIM有關(guān)的通道讀寫、觸發(fā)和應(yīng)答,STIM使用NINT信號要求從NCAP得到服務(wù),NCAP使用NSDET信號檢測STIM模塊,實現(xiàn)STIM的即插即用。系統(tǒng)采用ADuC812的SPI總線和其它的I/O資源來模擬實現(xiàn)TII十線接口。連接示意圖如圖3所示。為了實現(xiàn)STIM模塊的熱插拔,需對TII接口的供電電源進行處理,可以在STIM方面加入熱插拔保護電路,當(dāng)然也可以在NCAP方面加入保護電路。本系統(tǒng)在NCAP方面加入了保護電路。
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