PSoC 微控制器和 LVDT 測量位置

將LVDT（線性可變差動變壓器）連接到微控制器可能具有挑戰(zhàn)性，因為LVDT需要交流輸入激勵和交流輸出測量來確定其可移動磁芯的位置（參考文獻 1 ).大多數(shù)微控制器缺乏專用的交流信號生成和處理能力，因此需要外部電路來生成無諧波、幅度和頻率穩(wěn)定的正弦波信號。將LVDT的輸出信號的幅度和相位轉(zhuǎn)換為與微控制器內(nèi)部ADC兼容的形式通常需要額外的外部電路。

將LVDT（線性可變差動變壓器）連接到微控制器可能具有挑戰(zhàn)性，因為LVDT需要交流輸入激勵和交流輸出測量來確定其可移動磁芯的位置（參考文獻 1 ).大多數(shù)微控制器缺乏專用的交流信號生成和處理能力，因此需要外部電路來生成無諧波、幅度和頻率穩(wěn)定的正弦波信號。將LVDT的輸出信號的幅度和相位轉(zhuǎn)換為與微控制器內(nèi)部ADC兼容的形式通常需要額外的外部電路。

與傳統(tǒng)微控制器相比， 賽普拉斯半導(dǎo)體公司 PSoC 微控制器包括用戶可配置的邏輯和模擬模塊，可簡化交流信號的生成和測量。PSoC 設(shè)備具有不同尋常的功能，即能夠生成模擬信號而無需持續(xù)關(guān)注 CPU。PSoC 靈活的模擬和數(shù)字模塊可以驅(qū)動 LVDT 并測量其輸出，而無需任何外部電路。 圖1 顯示了LVDT接口的完整電路，以及 圖2 顯示了 PSoC 微控制器的內(nèi)部電路塊。

圖1 單個PSoC可以激勵LVDT，將其內(nèi)核位置數(shù)字化，并將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給外部LCD。


圖2 LVDT接口電路需要許多模擬功能。

PSoC 使用成對用戶可配置的開關(guān)電容模塊來實現(xiàn)帶通和低通濾波器。通過生成方波并通過個開關(guān)電容模塊內(nèi)置的調(diào)制器將其施加到 PSoC 開關(guān)電容濾波器上，可以創(chuàng)建高質(zhì)量的正弦波。使方波通過以方波基頻為中心的窄帶通濾波器可消除大部分諧波。

要從PSoC開關(guān)電容帶通濾波器獲得保真度的正弦波形，請使用盡可能高的過采樣率（大約33倍）或每個正弦波周期33步。產(chǎn)生的正弦波足夠平滑，可以驅(qū)動LVDT，從而衰減任何殘留的高次諧波。使用可編程增益放大器調(diào)整PSoC的內(nèi)部基準電壓源，可在方波進行濾波之前對其進行粗略控制。為了補償波形的直流失調(diào)電壓，放大器緩沖2.6V內(nèi)部模擬地基準，并驅(qū)動一個輸出引腳，用作LVDT的模擬地回路。

LVDT的輸出由一個可變幅度的正弦波電壓組成，其相對于正弦波激勵電壓的相位角經(jīng)歷一個顯著的可變偏移，有時超過180°。來自LVDT的信號驅(qū)動PSoC的可編程增益放大器之一，其輸出饋送開關(guān)電容低通濾波器，然后饋送調(diào)制器以進行同步整流。整流信號驅(qū)動一個輸出引腳和一個PSoC的開關(guān)電容ADC。

將LVDT的輸出施加到同步整流器，然后施加低通濾波器，產(chǎn)生直流電壓，該直流電壓可為ADC供電或直接驅(qū)動模擬反饋控制系統(tǒng)。在PSoC微控制器中，連接到ADC的低通開關(guān)電容濾波器要求相同的采樣時鐘驅(qū)動兩個電路，因此PSoC的11位Δ-Σ型ADC的轉(zhuǎn)換速率約為低通濾波器轉(zhuǎn)折頻率的一半。同步整流產(chǎn)生的紋波頻率是激勵頻率的兩倍，因此更容易用低通濾波器去除。將低通濾波器的轉(zhuǎn)折頻率重新定位到激勵頻率的三分之一，可以將LVDT的輸出測量為11位分辨率，標準偏差為1 LSB（有效位）或更低。

將 PSoC 的 24MHz 內(nèi)部系統(tǒng)時鐘與配置為計數(shù)器鏈的邏輯塊進行分頻，可生成開關(guān)電容模擬電路模塊所需的所有數(shù)字時鐘信號。在電源應(yīng)用或復(fù)位后，PSoC 的 CPU 配置所有配置的模擬和數(shù)字模塊并開始運行。從那時起，硬件激勵LVDT并以500個樣本/秒的速度測量其輸出，而無需CPU的進一步干預(yù)。當 PSoC 的 CPU 以 12 MHz 的頻率運行時，處理 ADC 的內(nèi)務(wù)管理和中斷消耗不到 CPU 資源的 3%。

PSoC的大量資源仍可用于計算LVDT的位置，并在LCD模塊上以文本格式顯示結(jié)果。四個模擬模塊、五個邏輯模塊和許多I/O引腳仍然可用，以支持要求更高的應(yīng)用。 圖3 顯示可用于添加功能的可配置塊。

圖3 您可以使用未標記的電路塊進行擴展。