采用I/O模擬多路復用器PSoC優(yōu)化傳感器控制設(shè)計

CY8C21×34可編程系統(tǒng)級芯片(PSoC)混合信號陣列具有一個I/O模擬多路復用器，由于每個引腳都可以被用作一個模擬輸入，因此采用單個SoC便能夠輕松實現(xiàn)需要大量不同類型傳感器的控制應用。本文介紹了在多種傳感器控制應用中如何利用該器件來簡化設(shè)計。

　　圖1：模擬多路復用器/系統(tǒng)連接。

　　工業(yè)控制應用常常需要許多模擬輸入，即使是具有一個PWM輸出的最簡單的風扇控制器也有可能需要對數(shù)量眾多的溫度傳感器進行監(jiān)控。模擬輸入是寶貴的資源，經(jīng)常很快就會被消耗殆盡。在很多場合，設(shè)計工程師不得不采用一個更加昂貴的部件，從而導致一些多余的空閑資源，或者必須增加外部多路復用器，以滿足對模擬輸入信號訪問次數(shù)增加的需要。而且，傳感器并不總是提供一個緩沖輸出電壓，它們有可能將信號轉(zhuǎn)換成某些非電壓參數(shù)，比如電阻或電容。在不少情況下，信號調(diào)節(jié)的成本會超過控制器的成本。

　　在選擇控制器的時候，始終存在這樣一個問題，那就是設(shè)計工程師必須規(guī)定多少個模擬輸入。對于一個只需要6個輸入的系統(tǒng)而言，8個輸入是否足夠?需求會不會繼續(xù)提高?一個特定的控制器系列能夠處理多少個模擬輸入?如果我的設(shè)計需要升級至一個具有更多輸入的器件，那么我的可選方案是什么?這種選擇必須在竭力滿足項目的成本要求、并同時順應客戶和市場部門不斷變化的規(guī)格要求的情況下做出。一種簡單的解決方案便是使每個引腳都能夠成為一個模擬輸入，而這在過去是做不到的，I/O模擬多路復用器將其變?yōu)榱爽F(xiàn)實。

　　I/O模擬多路復用器是一種大型交叉開關(guān)，它允許將任何引腳連接至一個控制系統(tǒng)的模擬陣列。就是這樣的一個多路復用器被內(nèi)置于CY8C21x34可配置混合信號陣列之中。該器件每個引腳均具有一個開關(guān)，當某個開關(guān)被選擇時，則將其所在的引腳與一根模擬總線相連。該控制器系列提供了多達28個I/O引腳，每個引腳都有可能成為一個模擬輸入。該總線還與一個模擬陣列相連。模擬陣列由4個可配置模塊組成，當這些模塊與數(shù)字資源組合在一起時，將形成復雜的信號處理器?？赡艿哪M功能包括10位模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)和比較器。

　　圖2：具有電流DAC的模擬多路復用器。

　　傳感器是一種換能器，用于把某種物理量變換成可進行電氣測量的參數(shù)。對于許多換能器來說，這種轉(zhuǎn)換的最終結(jié)果是電壓。例如，LM35溫度傳感器就提供了一個與溫度成正比的輸出電壓。溫度的測量只需對輸出電壓進行數(shù)字化處理，采用適當?shù)霓D(zhuǎn)換公式(在本例中為：Temp=Vmeasured/10mV)即可把電壓轉(zhuǎn)換成溫度。

　　以一個需要在系統(tǒng)中測量16處溫度的控制應用為例，簡單的做法是在所需之處安放傳感器并將其各自連接至一個引腳。模擬陣列被配置為一個ADC并連接至模擬總線。利用該拓撲結(jié)構(gòu)，即可將每個傳感器順序連接至模擬總線并進行數(shù)字化處理。某些類型的傳感器具有一個阻性輸出，此類傳感器包括熱敏電阻、光電管、應力計和傳導單元。這些傳感器的信息讀出需要通過電阻測量來完成，通常的做法是采用一個DC電流來模擬傳感器輸出并測量負載電壓。

　　為了方便電阻的測量，在CY8C21x34的模擬總線上增設(shè)了一個可編程電流DAC。該電流DAC可在兩個范圍內(nèi)進行選擇和調(diào)節(jié)：0～20μA或0～400μA。如需讀出電阻，則只要把傳感器連接至一個與模擬總線相連的引腳并開啟電流DAC即可，將會產(chǎn)生一個與電阻和電流的乘積相等的負載電壓?？衫帽慌渲脼锳DC的模擬模塊來讀出該電壓。對該設(shè)計方案進行校準的方法之一是犧牲一個引腳來連接一個外部基準電阻器。首先測量基準電阻，測得的電壓始終與電阻成正比;接著測量傳感器電阻，在已知測量電壓和基準電阻器阻值的情況下，即可計算傳感器電阻：