基于MAX1452的應(yīng)變測試系統(tǒng)前端拈的設(shè)計
加入技術(shù)交流群
MAX1452內(nèi)部的4個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通過一個雙向的引腳DI／O與微控制器交換數(shù)據(jù)，它們之間進行通信的協(xié)議是異步串行通訊。當(dāng)主機發(fā)送初始化序列時，MAX1452將自動檢測主機的波特率。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個起始位、8個數(shù)據(jù)位、1個停止位，沒有奇偶校驗位。引腳UNLOCK一個功能是控制MAX1452與微機通信的狀態(tài)：當(dāng)其為低電平時，禁止MAX 1452與微控制器進行通訊。引腳UNLOCK的另一個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標(biāo)準(zhǔn)的1 MHz的時鐘信號以供外部控制器使用，可以減少外部震蕩電路的設(shè)計；當(dāng)不需要使用該信號時，也可以通過配置寄存器關(guān)閉該時鐘信號的輸出，以降低EMC干擾。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括MAX1452集成芯片固件驅(qū)動程序設(shè)計和整個采集模塊系統(tǒng)控制程序的設(shè)計2大部分。這里我們使用的是大規(guī)?？删幊踢壿婩PGA芯片實現(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進行通信的軟件設(shè)計是本次軟件開發(fā)的難點和重點，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，需要使用一個雙向數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入輸出。FPGA可以使用一個通用的雙向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系列單片機或ARM芯片等)實現(xiàn)。本次應(yīng)變測試系統(tǒng)的設(shè)計利用了微控制器內(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個起始位、8個數(shù)據(jù)位、1個停止位，無奇偶校驗位)來實現(xiàn)對MAX1452的寄存器進行讀寫控制。
當(dāng)MAX1452工作在數(shù)字模式下(本次設(shè)計即采用了這種模式)，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)送一個初始化序列字節(jié)(0x01h)，如果必要的話還需要發(fā)送一個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)對所有寄存器、EEPROM單元和溫度索引值進行讀寫訪問。微控制器訪問MAX1452的數(shù)據(jù)格式圖3所示。
微控制器通過MAX1452對傳感器芯片進行調(diào)理的過程其實就是不斷地對MAX1452內(nèi)部各種不同用途寄存器進行讀寫訪問的過程。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，實現(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，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)計中所要求的特點。采用這種集成的傳感器信號調(diào)理芯片的設(shè)計方案在進行飛行試驗的實際應(yīng)用中具有采集精度高，體積和供號小，可以按照要求分布式安裝在飛機各個空間狹小的部位，達到了預(yù)期的設(shè)計目的。
評論