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        擁有USB的PSoC應用于風扇控制

        作者: 時間:2013-09-06 來源:網絡 收藏

        當選擇一個控制器時,設計師必須了解需要多少個模擬輸入。對于只需要6個輸入的系統(tǒng),8個輸入是否足夠?需求會不會進一步提高?一個特殊的控制器系列能夠處理多少個模擬輸入?CY8C24794通過允許將其多達6個I/O端口與一個模擬多路復用器相連的方法(從而可將48個引腳用于模擬信號)解決了該問題。上述示意圖4就對此問題進行了詳細的分析。

          一個I/O模擬多路復用器(復用器是一種綜合系統(tǒng),通常包含一定數目的數據輸入,n個地址輸入(以二進制形式選擇一種數據輸入))實際是兩根總線,如果需要的話,可在內部進行連接。它實質上就是一個大型交叉開關,允許將 任何引腳連接至一個模擬控制系統(tǒng)的模擬陣列。每個引腳都具有一個開關,當被選擇時則與一根模擬總線相連。如果模擬陣列和數字塊被配置成一個ADC,則將能夠檢測多達48個輸入信號的電壓。

          與模擬多路復用器總線相連的還有一個電流源。該電流DAC是可選的,并具有兩個調節(jié)范圍,即:0μA~20μA或0μA~400μA。如欲讀出一個電阻值,則只需以下四個步驟即可:

         ?。?) 將電阻連接至一個引腳

         ?。?) 把該引腳連接至模擬總線

         ?。?) 啟動電流

         ?。?) 利用同樣連接至該總線的ADC來測量負載電壓(該電壓是電阻與電流的乘積)

          為了獲得超高準確度,一種方法是犧牲一個引腳來換取一個基準電阻器。將該電阻器連接至總線,并測量其兩端的負載電壓。然后,斷開該電阻器、連接所需的電阻器并測量其負載電壓。這兩個電壓讀數之比就等于兩個電阻器的阻值之比。電流準確度中的任何誤差都將下降。此時,測量的準確度完全取決于基準電阻器的準確度。

          加至模擬多路復用器上的一個放電開關可被用來測量電容。當受到的激勵時,與電阻器將產生一個DC(直流)負載電壓

          不同,生成的是一個。該斜坡速率與激勵電流成正比,而與測量電容成反比。為了方便該轉換速率的測量,模擬部分被配置成一個采樣比較器。電容器(由兩片接近并相互絕緣的導體制成的電極組成的儲存電荷和電能的器件)被連接至總線,從而產生一個轉換信號。當該信號達到比較器的調整點時,放電開關進入工作狀態(tài),導致電容器放電回零。開關隨后釋放,該循環(huán)繼續(xù)進行。這個過程被稱為弛張振蕩。顯然,這種循環(huán)的頻率與施加的電流成正比,而與電容成反比。比較器輸出被饋至數字部分,這里已經配置了一個頻率計數器或周期定時器。電容可從測量數字信號推導出來。

          有多種換能器可將信號轉換成電容,比如顯微機械加工加速器。電容的一項重要應用是測量手指的存在與否。該技術可被用于電容性觸摸開關的移植,這種觸摸開關正在逐漸取代消費類電子產品(比如:MP3播放器、筆記本電腦和移動電話)中的按鈕和開關。電容性觸摸開關提供了一種獨特的用戶體驗,而且不易受到潮濕以及其他環(huán)境因素的損壞。

          應用

          風扇模塊概述:大型電信、網絡系統(tǒng)經常使用高性能處理器,從而在一個簡單的機架上實現(xiàn)更多功能。例如,一個曾經支持12條ADSL的線卡現(xiàn)在可以支持64條,之前能夠耗散24W (每條ADSL為2W)功率的電路板現(xiàn)在必須耗散128W的功率。用強勁的冷空氣氣流降低相關熱阻,以達到散熱要求。大多數電信系統(tǒng)包含很多風扇。為保證在一個風扇出現(xiàn)故障的情況下系統(tǒng)仍能正常工作,系統(tǒng)經常放置超過理論所需數目的風扇(N+1結構)。這樣,一個系統(tǒng)可能會用到6至8個風扇。每個風扇都有自己的電源,使風扇可以很容易地替換而不需要關閉整個系統(tǒng)。

          器件的常見應用之一便是。架構的超群集成度使得實際應用的元件數量減少了25個以上。

          如上述方框示意圖5即為一種速度受控型風扇的實例。我們將對其進行研究器件對其帶來的作用。

          我們對所需的溫度進行測量,并將測量值用于定義期望的風扇速度(調整點)。最初,對于20℃以下的溫度,該參數為2000RPM;對于70℃以及更高的溫度,該參數則為7000RPM,并且隨著這些極限值之間的溫度呈線性變化。這些是初始值;它們必須能夠由主機通過I2C接口來改變。輸送至風扇的功率由一個脈寬調制器(PWM)來控制。其頻率應接近1kHz。一個轉速計被連接至風扇,用于測量其速度??刂扑惴ㄇ蟮闷谕俣扰c測量速度之差(誤差),并用它來確定PWM的合適占空比。與溫度一樣,這些控制參數的設定值也必須能夠通過I2C主機來改變。

          如上述示意圖6所示,PWM(脈沖調制器)是利用一個數字塊來實現(xiàn)的。所做的一項改進是采用了另一個數字塊來生成一個具有50.2%(128/255)占空比的偽隨機脈沖流。當把該信號連接至PWM啟動引腳時,PWM的工作頻率將是一個連續(xù)啟動的PWM的50.2%。

          這種PWM實現(xiàn)方案的好處是輸出頻率現(xiàn)在擁有了一個±3%的高頻抖動,這樣可以顯著地降低了峰值諧波EMI輻射。

          脈沖寬度的改變將在軟件的控制之下進行。

          轉速計電路由兩個數字塊(被配置為一個16位定時器)和一個連續(xù)模擬塊(被配置為一個比較器)組成,用于調節(jié)風扇的轉速計信號。

          風扇速度是通過測量兩個脈沖之間的時間長度來確定的。比較器與列比較器總線0相連,后者又與定時器的捕獲信號相連。風扇的標稱轉速為2000rpm~7000rpm。選定的風扇具有4個極點,因此標稱范圍將具有133Hz(2000×4/60)和467Hz的標稱頻率。當采用一個用于實現(xiàn)定時器同步的2MHz系統(tǒng)時鐘時,可以測量長達328mS或31Hz的脈沖寬度。

          上述示意圖為一個將被用來測量溫度,被選產品型號為muRata NTH5G16P33B103J07TH的溫度-電阻關系。



        關鍵詞: USB PSoC 風扇控制

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