基于MAX1452的應(yīng)變測試系統(tǒng)前端模塊的設(shè)計(jì)
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2．2 單通道應(yīng)變采集電路硬件實(shí)現(xiàn)
根據(jù)MAX1452芯片特性可知，MAX1452對外部傳感器提供了可編程的電壓源激勵(lì)或電流源激勵(lì)。當(dāng)對外部傳感器供電時(shí)，要求外部傳感器供電滿足片上激勵(lì)源輸出電流或者電壓的限制條件?？紤]到本次開發(fā)的應(yīng)變測試系統(tǒng)使用的傳感器應(yīng)變電橋是350 Ω阻抗，當(dāng)提供+5 V電壓激勵(lì)時(shí)，需要提供大約14 mA的電流，而MAX1452僅能提供最大2．5 mA的電流，因此需要增強(qiáng)其電流驅(qū)動(dòng)能力。同時(shí)，MAX1452適應(yīng)于輸出靈敏度為4 mV／V到60 mV／V的傳感器，而本系統(tǒng)中應(yīng)變電橋在測量最小范圍1 000μs時(shí)，10 V供電才產(chǎn)生5mV的輸出電壓信號(hào)，因此在MAX1452和應(yīng)變電橋之間尚需要一高精度差分放大器進(jìn)行預(yù)放大。
MAX1452內(nèi)部的4個(gè)16位DAC模塊的基準(zhǔn)都來自于它的電源引腳VDD，因此其供電電壓的精度對性能的影響很大，這里采用了一個(gè)高性能電壓基準(zhǔn)芯片MAX15006B將+12 V供電電壓轉(zhuǎn)換為高精度的+5 V電壓，為MAX1452及其它芯片提供一個(gè)穩(wěn)定電源與基準(zhǔn)電壓。值得注意的是，此處系統(tǒng)電路硬件和軟件設(shè)計(jì)僅僅在工作模式上使用了處于非比例工作電路的MAX1452的數(shù)字模式，在溫度修正方面使用了一階線性溫度修正功能，而并沒有考慮MAX1452的其他工作模式。
MAX1452通過一個(gè)雙向的引腳DI／O與微控制器交換數(shù)據(jù)，它們之間進(jìn)行通信的協(xié)議是異步串行通訊。當(dāng)主機(jī)發(fā)送初始化序列時(shí)，MAX1452將自動(dòng)檢測主機(jī)的波特率。無論MAX1452內(nèi)部震蕩器如何設(shè)置，使用4 800 bps與38 400 bps之間的波特率都可以檢測得到。數(shù)據(jù)格式為始終為1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)停止位，沒有奇偶校驗(yàn)位。引腳UNLOCK一個(gè)功能是控制MAX1452與微機(jī)通信的狀態(tài)：當(dāng)其為低電平時(shí)，禁止MAX 1452與微控制器進(jìn)行通訊。引腳UNLOCK的另一個(gè)功能是配合加密鎖控制寄存器(即CL[7：0])對MAX1452的工作模式進(jìn)行設(shè)置，此處沒有使用該模式，僅將其連接到微控制器的一個(gè)通用I／O口上即可。CLK1M引腳通過配置寄存器向外部提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的1 MHz的時(shí)鐘信號(hào)以供外部控制器使用，可以減少外部震蕩電路的設(shè)計(jì)；當(dāng)不需要使用該信號(hào)時(shí)，也可以通過配置寄存器關(guān)閉該時(shí)鐘信號(hào)的輸出，以降低EMC干擾。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括MAX1452集成芯片固件驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)和整個(gè)采集模塊系統(tǒng)控制程序的設(shè)計(jì)2大部分。這里我們使用的是大規(guī)模可編程邏輯FPGA芯片實(shí)現(xiàn)的。開發(fā)使用的語言采用了Verilog HDL硬件描述語言，開發(fā)環(huán)境是QualtusII軟件的10．1版本。由于FPGA控制器和MAX 1452進(jìn)行通信的軟件設(shè)計(jì)是本次軟件開發(fā)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，本文以下對其詳細(xì)介紹。
FPGA控制器與MAX1452的通訊采用了異步串行通信協(xié)議，需要使用一個(gè)雙向數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入輸出。FPGA可以使用一個(gè)通用的雙向I／O引腳來模擬異步串行異步通信，也可以利用大部分微控制器上集成的異步串行通訊接口來(如當(dāng)前通用的C51系列單片機(jī)或ARM芯片等)實(shí)現(xiàn)。本次應(yīng)變測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)利用了微控制器內(nèi)部集成的異步通訊外設(shè)(波特率需要設(shè)置在4 800 bps與38 400 bps之間，數(shù)據(jù)格式要設(shè)置為1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)停止位，無奇偶校驗(yàn)位)來實(shí)現(xiàn)對MAX1452的寄存器進(jìn)行讀寫控制。
當(dāng)MAX1452工作在數(shù)字模式下(本次設(shè)計(jì)即采用了這種模式)，F(xiàn)PGA要通過串行接口命令來加載寄存器數(shù)值(包括了DAC數(shù)據(jù)寄存器和配置寄存器等)，對內(nèi)部的EEPROM進(jìn)行擦除或數(shù)據(jù)加載，或者讀取MAX1452內(nèi)嵌的溫度傳感器的數(shù)值。實(shí)現(xiàn)的步驟依次是在穩(wěn)定電源給器件供電1 mS后，首先發(fā)送一個(gè)初始化序列字節(jié)(0x01h)，如果必要的話還需要發(fā)送一個(gè)重新初始化系列字節(jié)(0xFFh)；其次按照IRS(接口寄存器集)確定的格式(見參考文獻(xiàn))對所有寄存器、EEPROM單元和溫度索引值進(jìn)行讀寫訪問。微控制器訪問MAX1452的數(shù)據(jù)格式圖3所示。本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/194441.htm
微控制器通過MAX1452對傳感器芯片進(jìn)行調(diào)理的過程其實(shí)就是不斷地對MAX1452內(nèi)部各種不同用途寄存器進(jìn)行讀寫訪問的過程。通過上面的說明我們可以看到讀寫寄存器不僅需要通訊格式命令，還需要按照IRS格式不斷進(jìn)行拆分字節(jié)和組合字節(jié)，這里我們給出微控制器訪問配置寄存器的程序流程圖，如圖4所示，以便讀者更加清楚了解。
4 結(jié)論
文中通過上述系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)變測試系統(tǒng)中前端電路采集模塊的設(shè)計(jì)，滿足了網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)變測試系統(tǒng)中對前端采集模塊設(shè)計(jì)中所要求的特點(diǎn)。采用這種集成的傳感器信號(hào)調(diào)理芯片的設(shè)計(jì)方案在進(jìn)行飛行試驗(yàn)的實(shí)際應(yīng)用中具有采集精度高，體積和供號(hào)小，可以按照要求分布式安裝在飛機(jī)各個(gè)空間狹小的部位，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。
評(píng)論