PSoC在光纖陀螺脈沖輸出采集中的應(yīng)用
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3．2 脈沖采集部分
脈沖采集模塊由定時(shí)器模塊和計(jì)數(shù)器模塊組成。PSoC芯片嵌入了強(qiáng)大的定時(shí)器功能模塊。它擁有8位、16位、24位和32位可編程遞減定時(shí)器。通過對定時(shí)器模塊編程，用戶可實(shí)現(xiàn)多種工作方式的定時(shí)器功能。PSoC的定時(shí)器模塊由1個(gè)周期寄存器、1個(gè)同步遞減計(jì)數(shù)器和1個(gè)捕獲比較寄存器組成，結(jié)構(gòu)如圖3所示，每個(gè)寄存器大小都是1個(gè)字節(jié)。當(dāng)定時(shí)器不工作時(shí)，向周期寄存器(Period Register)寫入一個(gè)周期值。當(dāng)定時(shí)器工作時(shí)，周期值會(huì)被自動(dòng)從周期寄存器中載入到遞減計(jì)數(shù)器(Down Counter)中，隨后，計(jì)數(shù)器將會(huì)執(zhí)行遞減計(jì)數(shù)操作直到0。在下一個(gè)時(shí)鐘上升沿，周期值將會(huì)被重新載入，緊接著繼續(xù)計(jì)數(shù)。遞減計(jì)數(shù)器模塊主要的功能是輸出信號，它可以被配置成全時(shí)鐘循環(huán)或者半時(shí)鐘循環(huán)。定時(shí)器具有定時(shí)、比較和捕獲比較3種功能。本系統(tǒng)中運(yùn)用其定時(shí)功能。原理如下：將系統(tǒng)的數(shù)字時(shí)鐘或其他輸入信號作為Clock，通過設(shè)置Period值即可獲得相應(yīng)的定時(shí)間隔，定時(shí)間隔T=(Period+1)／fClock。當(dāng)遞減計(jì)數(shù)器值減為0時(shí)，定時(shí)器時(shí)間到，此時(shí)Terminal Counter Out將輸出一個(gè)高電平脈沖，若設(shè)置了中斷，則將產(chǎn)生定時(shí)器中斷。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/162307.htm
定時(shí)器的核心是一個(gè)遞減計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器功能模塊和定時(shí)器功能模塊具有相同的結(jié)構(gòu)，都包含1個(gè)周期寄存器、1個(gè)同步遞減計(jì)數(shù)器和1個(gè)捕獲比較寄存器。兩者的功能模塊主要有如下的區(qū)別：
1)計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)輸入是一個(gè)計(jì)數(shù)器的使能位而不是一個(gè)捕獲輸入，計(jì)數(shù)器不能用作異步捕獲，當(dāng)計(jì)數(shù)器被使能工作時(shí)，數(shù)據(jù)寄存器不能執(zhí)行讀操作；
2)比較器輸出作為計(jì)數(shù)器的主輸出，而計(jì)數(shù)器終止輸出是作為輔助輸出；
3)計(jì)數(shù)終止輸出只能是全周期輸出。
本系統(tǒng)中運(yùn)用計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)功能，其原理是：將光纖陀螺儀脈沖輸出信號作為Clock輸入，預(yù)先設(shè)定一個(gè)Period數(shù)值，通過讀取減數(shù)計(jì)數(shù)器DR0數(shù)值的變化獲得輸入信號的計(jì)數(shù)值，計(jì)數(shù)值C=Period-DR0。
3. 3 顯示器件的選擇
PSoC集成開發(fā)環(huán)境(IDE)PSoC Designer5．O中有LCD、LED、LED7SEG等顯示器件。由于LCD功耗低、壽命長、價(jià)格低、接口控制方便、使用靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)選用LCD顯示器件。通常液晶顯示器LCD可分為兩大類，一類是點(diǎn)陣型，另一類是字符型。點(diǎn)陣型液晶通常面積較大，可以顯示圖形；而字符型液晶顯示模塊專用于顯示字母、數(shù)字和一些簡單圖形，面積相對較小，簡單易控制且成本較低。本系統(tǒng)只需顯示一定時(shí)間里的脈沖數(shù)，故選用了字符型液晶顯示器1602，它可實(shí)現(xiàn)兩行16個(gè)字符的顯示。
3．4 PSoC內(nèi)部硬件搭建
在集成開發(fā)環(huán)境(IDE)PSoC Designer5．0的器件編輯器中，可實(shí)現(xiàn)硬件模塊的搭建。本系統(tǒng)只用到了PSoC芯片內(nèi)部的1個(gè)8位定時(shí)器、1個(gè)16位計(jì)數(shù)器和1塊LCD用戶模塊。
8位定時(shí)器產(chǎn)生1 ms的方波信號，接在16位定時(shí)器的使能端，用于控制定時(shí)器對光纖陀螺脈沖信號計(jì)數(shù)，最終的采集結(jié)果在液晶顯示器LCD上顯示。PSoC內(nèi)部硬件搭建如圖4所示。
4 軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)首先用8位定時(shí)器Timer8通過中斷方式產(chǎn)生準(zhǔn)確時(shí)間，而后調(diào)用計(jì)數(shù)子程序?qū)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/光纖">光纖陀螺脈沖輸出進(jìn)行計(jì)數(shù)，最后調(diào)用顯示子程序?qū)⒉蓸咏Y(jié)果在LCD上顯示出來。其軟件流程如下圖5所示。
需要注意的是，在定時(shí)器最終計(jì)數(shù)結(jié)束后的下一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，定時(shí)器會(huì)自動(dòng)重新加載計(jì)數(shù)初值。所以要在此之前讀取計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。此操作可以通過定時(shí)器的中斷程序來實(shí)現(xiàn)。
5 測試結(jié)果
將應(yīng)用層代碼下載到PSoC程序下載軟件環(huán)境PSoCProgrammer3．06中。進(jìn)行仿真。本系統(tǒng)選用南京盛普儀器科技有限公司生產(chǎn)的SP1641D型函數(shù)信號發(fā)生器來模擬光纖陀螺的脈沖輸出信號，測試周期為1 s，測試數(shù)據(jù)如表1所示。
由表1可看出，本測試系統(tǒng)能夠精確測量頻率范圍在0．1Hz～1MHz之間的光纖陀螺脈沖輸出，并且誤差小于萬分之一，滿足了實(shí)際的測試需求。
6 結(jié)束語
本設(shè)計(jì)以PSoC芯片CY29666-24PVXI為核心，完成了光纖陀螺脈沖輸出的高精度采集。測試范圍能夠達(dá)到0．1Hz～1 MHz，誤差小于萬分之一。該設(shè)計(jì)電路簡單、集成度高、性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格低廉、且可靠性高，充分體現(xiàn)了PSoC芯片的優(yōu)點(diǎn)，在對光纖陀螺進(jìn)行測試，提高光纖陀螺精度方面，有較大的價(jià)值。
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