雙界面智能測(cè)量控制芯片GC7645的應(yīng)用

目前，在上述領(lǐng)域大多數(shù)的設(shè)計(jì)方案是由單片機(jī)+a/d轉(zhuǎn)換+外圍支持電路來(lái)構(gòu)成的。盡管現(xiàn)在單片機(jī)價(jià)格并不高，但為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，仍需加上各種外圍支持電路，這樣就提高了成本，而且還離不開(kāi)編程。本文中介紹了一種單片智能控制芯片gc7645，該芯片是北京雙競(jìng)科技公司針對(duì)低成本的工業(yè)控制儀表及家用電器的控制應(yīng)用設(shè)計(jì)推出的新型集成電路。

1. 兩種輸入設(shè)定界面

gc7645具有兩種輸入設(shè)定界面-維護(hù)界面和用戶(hù)界面。對(duì)于普通消費(fèi)者或生產(chǎn)線(xiàn)工人來(lái)說(shuō)，易于理解、操作簡(jiǎn)單是十分普遍的要求。另一方面，運(yùn)作安全、功能齊全的控制機(jī)制也是生產(chǎn)廠(chǎng)商追求的目標(biāo)。

gc7645芯片在維護(hù)設(shè)定模式下，生產(chǎn)廠(chǎng)或工程師可按預(yù)先設(shè)計(jì)的控制模式設(shè)定好工作及控制條件，并設(shè)定用戶(hù)自行調(diào)整的允許范圍，然后可將后臺(tái)設(shè)定鍵加以屏蔽，就可將產(chǎn)品出廠(chǎng)或?qū)⑸a(chǎn)線(xiàn)工作條件設(shè)定好。在此條件下，用戶(hù)可在控制儀表上進(jìn)行自己的個(gè)性化設(shè)定。但無(wú)論如何設(shè)定，這只是前臺(tái)設(shè)定，并不能改變控制儀表的基本控制程序，因此只要產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者完全清楚自己的應(yīng)用目標(biāo)，不需要編程就可直接制定控制流程，兼顧兩方面的需求。

2. 功能全集成的芯片架構(gòu)

gc7645完全是按預(yù)定的應(yīng)用目標(biāo)設(shè)計(jì)的，已將a/d轉(zhuǎn)換、運(yùn)算邏輯單元、電荷泵、動(dòng)態(tài)led字符顯示、3線(xiàn)存儲(chǔ)接口、繼電器、蜂鳴報(bào)警控制接口等功能模塊完全集成在單芯片內(nèi)，提供了簡(jiǎn)單直接的解決方案(見(jiàn)圖1)。

3. 安全保護(hù)功能

為了使用戶(hù)設(shè)定值在掉電后仍能保存，gc7645帶有與gc93c46(串口e2prom)進(jìn)行數(shù)據(jù)存取的3線(xiàn)串行接口。另外，為保證安全操作，控制輸出端還具有加電延遲輸出的功能，以防止加電瞬間出現(xiàn)的誤操作。

在gc7645的設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)者已充分考慮了在各種應(yīng)用場(chǎng)合下可能遇到的問(wèn)題。因此諸如小數(shù)點(diǎn)顯示、不同驅(qū)動(dòng)負(fù)載的選擇、供電電源的選擇，以及在不同的場(chǎng)合下測(cè)量值和設(shè)置值的顯示等都保留了用戶(hù)選擇的余地。

工作原理

gc7645內(nèi)部使用的是雙積分a/d轉(zhuǎn)換器，最大分辨率為3999字。它的工作原理是先把輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)變成與之成正比的時(shí)間間隔，然后在這個(gè)時(shí)間內(nèi)，對(duì)固定周期的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，則計(jì)數(shù)結(jié)果就是正比于輸入模擬電壓的數(shù)字量的輸出。

使用雙積分a/d轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)是它取輸入電壓的平均值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，所以具有很強(qiáng)的抗常態(tài)干擾能力。它不需要dac，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。同時(shí)，由于在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，通過(guò)兩次積分-正積分和反積分使用的是同一積分器，可以抵消誤差，所以轉(zhuǎn)換結(jié)果受外界元器件的影響很小。

同時(shí)，gc7645的3線(xiàn)串行接口的設(shè)置，使得接入e2prom很方便，可安全可靠地存儲(chǔ)用戶(hù)設(shè)置數(shù)據(jù)。內(nèi)部電荷泵產(chǎn)生倍壓來(lái)提供模擬信號(hào)的工作電壓區(qū)間。

圖2曲線(xiàn)給出了傳感器輸入信號(hào)與gc7645控制、報(bào)警之間的關(guān)系。在報(bào)警模式(mode-1)和控制模式(mode-2)的兩種工作模式中，工作狀態(tài)的設(shè)定值曲線(xiàn)也分別體現(xiàn)在圖2中。

圖中的縱向坐標(biāo)為代表工作狀態(tài)的7個(gè)設(shè)定值，分別是：ah(絕對(duì)上限設(shè)定值)、al(絕對(duì)下限設(shè)定值)、dh1(上限回差設(shè)定值1)、dh2(上限回差設(shè)定值2)、dl1(下限回差設(shè)定值1)、dl2(下限回差設(shè)定值2)、quser(用戶(hù)設(shè)定值)。其中，ah、al、dh1、dh2、dl1、dl2為廠(chǎng)家設(shè)定值，quser為用戶(hù)設(shè)定值。

應(yīng)用系統(tǒng)原理

gc7645功能齊全、外圍簡(jiǎn)潔，配合極少外圍元器件就可以實(shí)現(xiàn)既定目標(biāo)。圖3為gc7645的應(yīng)用電路圖。

圖4給出了gc7645在冰箱溫度設(shè)置中的應(yīng)用：冰箱在出廠(chǎng)時(shí)，工程師可將冰箱的制冷控制溫度范圍和壓縮機(jī)運(yùn)行的關(guān)系設(shè)置完成。

ah：-5℃

dh1范圍：d5

dh2范圍：d4

al：-25℃

dl1范圍：d4

dl2范圍：d5

quser可設(shè)定范圍：-25℃～-5℃

用戶(hù)在使用這種溫度可設(shè)置及顯示的冰箱時(shí)，就可以根據(jù)自己的喜好隨意設(shè)置，同時(shí)冰箱的溫度處于不正常狀態(tài)時(shí)也可以及時(shí)提醒用戶(hù)，維修工程師則可通過(guò)set鍵來(lái)核查或重設(shè)工作狀態(tài)。

其中選用in4148作為測(cè)溫傳感器，在一定偏置條件下pn結(jié)電壓隨溫度變化的線(xiàn)性是相當(dāng)好的，溫度每升高1℃時(shí)，下降約2.1mv，測(cè)溫范圍為-50℃~150℃。在要求低成本的情況下可以選用。

電路工作狀態(tài)設(shè)定值的保存和恢復(fù)

1. 控制設(shè)定數(shù)據(jù)的讀取
在上電時(shí)gc7645從gc93c46讀取工作狀態(tài)的7個(gè)設(shè)定值。

按住“reset”鍵也可重新讀取gc93c46的內(nèi)容。這時(shí)候數(shù)碼管全亮，“reset”鍵釋放后恢復(fù)正常狀態(tài)。

2．控制設(shè)定數(shù)據(jù)的保存

按“set”鍵進(jìn)入廠(chǎng)家設(shè)定狀態(tài)，按“▲”鍵可修改任一設(shè)定值。但是只按“set”鍵瀏覽設(shè)定狀態(tài)的時(shí)候不保存。若在7~8秒內(nèi)無(wú)任何鍵操作，則恢復(fù)為顯示當(dāng)前測(cè)量值或者用戶(hù)設(shè)定值，并同時(shí)將修改數(shù)據(jù)保存。這時(shí)候，工作狀態(tài)的7個(gè)設(shè)定值都將保存。

設(shè)定報(bào)警和控制的取值范圍

ah的范圍：-1999~+3999

dh1的范圍：d000~d999

dh2的范圍：d000~d999

al的范圍：-1999~+3999

dl1的范圍：d000~d999

dl2的范圍：d000~d999

用戶(hù)設(shè)定值(quser)范圍：al~ah

ah＞al

dh1＞dh2

dl2＞dl1

gc7645不允許quser超過(guò)(al~ah)的范圍。

注意：如果由于某種原因造成quser在絕對(duì)上下限設(shè)定值范圍之外(如e2prom中本來(lái)就存有無(wú)法預(yù)期的數(shù)據(jù))，此時(shí)芯片內(nèi)部設(shè)計(jì)約定只能將quser往al~ah范圍之內(nèi)調(diào)。

上/下限報(bào)警值和上/下限控制值計(jì)算方法

gc7645帶有16位bcd碼加/減法功能。

根據(jù)廠(chǎng)家或者用戶(hù)設(shè)定值，dah1、dah2、dal1、dal2計(jì)算方法如下：

上限報(bào)警值(dah1)＝quser+dh1

上限控制值(dah2)＝quser+dh2

下限報(bào)警值(dal2)＝quser－dl2

設(shè)定值大小關(guān)系如下：

dal2al

小結(jié)

gc7645設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是充分了解了用戶(hù)的應(yīng)用需求，以熟悉應(yīng)用目標(biāo)，但不熟悉軟件編程的用戶(hù)為對(duì)象。

芯片內(nèi)使用的技術(shù)以成熟可靠、互相協(xié)調(diào)為原則。用戶(hù)在gc7645應(yīng)用設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分重視的是輸入信號(hào)的直流電位和電源隔離方面的問(wèn)題，以避免輸入回路和電源之間出現(xiàn)低阻通道。