智能傳感器信號處理(下)

　　DSC的主要特點(diǎn)

　　典型的DSC架構具有使其適用于大量傳感器應用的多種CPU和外設特性。在本節中，我們將探討這些特性中最有用的幾個(gè)，在選擇DSC架構時(shí)這幾個(gè)特性是考慮的重點(diǎn)。

　　增強的CPU功能

　　16位DSC最強大的特性是可提供豐富的DSP功能。真正的DSC包含兩個(gè)40位累加器，可用于存儲兩個(gè)獨立的16位x 16位乘法運算的結果。

　　大多數DSP算法(如FIR和IIR濾波)都會(huì )涉及計算乘積之和。利用特殊指令，如乘 – 累加(Multiply-and-Accumulate，MAC)，可以在一個(gè)指令周期內將兩個(gè)16位數字相乘，將結果加到累加器，然后從RAM預取一對數據值。利用兩個(gè)累加器，也可以將數據寫(xiě)回一個(gè)累加器，同時(shí)在另一個(gè)累加器上執行計算。

　　累加器寬度為40位(而非32位)時(shí)，可以將數據暫時(shí)“溢出”(這在累加器中累加大量值時(shí)經(jīng)常發(fā)生)。此外，DSC的CPU也可以選用一種稱(chēng)為“飽和”的機制將值保持在允許的范圍內，并在將值寫(xiě)回RAM時(shí)對值進(jìn)行取整或換算。DSC的另一項特性(也是MCU一般缺少的)是其解讀分數形式的數據能力，DSC并不總是假定數據為整數，因而有助于分數運算。

　　除了上述特性外，還增加了各種數據尋址模式，用以高效移動(dòng)數據，支持環(huán)形緩沖區和位反轉尋址以及零開(kāi)銷(xiāo)循環(huán)，很顯然，DSC提供了非常強大的用戶(hù)友好型CPU架構來(lái)處理或分析傳感器數據。

　　靈活的中斷結構

　　DSC器件的中斷結構擁有較高的靈活性。一般來(lái)說(shuō)，支持大量可單獨允許并設置優(yōu)先級的中斷源和向量(這對于涉及多個(gè)傳感器的應用非常有利)。其中斷延時(shí)應該具有高確定性，以簡(jiǎn)化系統開(kāi)發(fā)人員的工作。顯著(zhù)提高智能傳感器信號處理應用效率的另一個(gè)特性是直接存儲器訪(fǎng)問(wèn)(DMA)，其在外設和存儲器之間(例如在A(yíng)DC和數據緩沖區之間)自動(dòng)傳輸大批量的數據。

　　運行時(shí)自編程(RTSP)

　　大多數傳感器應用都需要存儲常量，其用于根據環(huán)境條件、變換器輸出與預測量之間的偏移量來(lái)校準從傳感器獲取的數據。后處理算法也會(huì )使用常量，如濾波系數或FFT“旋轉因子”。但是，在RAM中存儲此類(lèi)常量會(huì )浪費數據存儲空間。DSC器件通常包含閃存程序存儲器和基于閃存的數據EEPROM，可用于高效可靠地存儲和訪(fǎng)問(wèn)此類(lèi)常量。在閃存DSC器件中，用戶(hù)的程序甚至可以實(shí)時(shí)修改這些常量，具體取決于環(huán)境、數據或工作條件的變化。

　　在線(xiàn)串行編程(ICSP)

　　借助閃存DSC，用戶(hù)能夠使用稱(chēng)為在線(xiàn)串行編程(In-Circuit Serial Programming，ICSP)的方法在現場(chǎng)輕松升級應用固件。在線(xiàn)串行編程，不僅可以修正傳感器校準或軟件漏洞，以最少的成本和最短的延時(shí)提供更強的功能，而且可以使同一控制器用在不同類(lèi)型的傳感器接口中和不同的條件下。

　　除此之外，還有高分辨率ADC和DAC，高速輸入捕捉和輸出比較，I/O電平變化通知功能等。

　　應用示例

　　現在讓我們看幾個(gè)基于傳感器的系統的示例，在這些示例中，DSC提供了理想的架構解決方案。本文并未逐一羅列所有的情況，僅為說(shuō)明DSC在傳感器應用中應用廣泛而已。

　　溫度傳感器

　　在傳感器測量的各種物理量中，溫度測量可能最為常見(jiàn)。在工業(yè)設備、化工廠(chǎng)、供暖、通風(fēng)與空調(HVAC)系統、計算機安裝和電池管理系統等眾多系統中，溫度測量是極其重要的一個(gè)方面。若要根據所測量的電阻準確計算溫度(例如使用電阻式溫度檢測器或熱敏電阻)，需要進(jìn)行對數計算和除法，在此過(guò)程中，DSC的DSP功能將非常有效。在某些配置中，需要差分ADC輸入。

　　將熱電偶用作溫度傳感器時(shí)，所產(chǎn)生的電壓很小，因而容易受到寄生結效應的干擾。在使用P-N結(硅)傳感器的情況下，所產(chǎn)生的電壓將隨器件的不同而有所變化，難以進(jìn)行準確的測量。不管是哪一種情況，在片上數據EEPROM或閃存程序存儲器上存儲和訪(fǎng)問(wèn)校準常量的功能都有助于補償這種不需要的效應。