NXP2214實(shí)現多路韋根信號采集硬件設計

韋根傳感器是一種當交變磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)時(shí)產(chǎn)生輸出電壓脈沖的傳感器。脈沖的幅度是由激勵磁場(chǎng)的場(chǎng)強決定的。因此，韋根傳感器不需要外界電源供電。韋根傳感器的工作頻率從0速率到20KHZ，脈沖的極性由激勵磁場(chǎng)的極性所決定。由于韋根傳感器非常容易和數字系統相匹配，并且系統沒(méi)有可動(dòng)的部件或半導體器件，這使得它們能適用于惡劣的環(huán)境和長(cháng)期無(wú)人監控的場(chǎng)所。

　　1 韋根信號簡(jiǎn)介

　　韋根信號是兩根數據線(xiàn)傳輸二進(jìn)制數據，在空閑時(shí)端，兩線(xiàn)的對0V的電源都為T(mén)TL電平的水平，也就是5V，一般通過(guò)5K電阻上拉，當有數據傳輸時(shí)，兩根線(xiàn)交替地發(fā)送400uS低脈沖，當Data0線(xiàn)發(fā)脈沖時(shí)，數據是0;當Data1發(fā)脈沖時(shí)，發(fā)送的數據是1，不能兩根線(xiàn)同時(shí)發(fā)脈沖。脈沖的間隔時(shí)間是1mS。在設計讀卡器時(shí)，為防止使用者連接錯線(xiàn)，造成數據口損壞，在電路設計上一定要給數據輸出上加驅動(dòng)級并加電阻限流。

　　2 接口硬件構成

　　接收韋根信號的上層控制設備通常是一個(gè)單片機控制系統，承擔了I/O口驅動(dòng)、以太網(wǎng)通信、數據處理、液晶顯示等任務(wù)。韋根信號脈沖寬度僅為40～100μs，如果采用掃描I/O口的方式，只有滿(mǎn)足掃描周期40 μs的條件(即采樣頻率高于25 kHz)，才能夠捕獲一個(gè)信息幀內所有的下降脈沖信號，否則將因出現“脈沖遺漏”造成讀數錯誤。如此高的掃描速度將極大地消耗CPU資源，阻塞單片機系統其他任務(wù)的正常執行，每個(gè)韋根接頭都連接到CPU的一個(gè)中斷信號引腳上，以中斷觸發(fā)的方式處理。由于CPU外部中斷數量的限制，CPU包括運算邏輯部件、寄存器部件和控制部件。CPU從存儲器或高速緩沖存儲器中取出指令，放入指令寄存器，并對指令譯碼。它把指令分解成一系列的微操作，然后發(fā)出各種控制命令，執行微操作系列，從而完成一條指令的執行。指令是計算機規定執行操作的類(lèi)型和操作數的基本命令。指令是由一個(gè)字節或者多個(gè)字節組成，其中包括操作碼字段、一個(gè)或多個(gè)有關(guān)操作數地址的字段以及一些表征機器狀態(tài)的狀態(tài)字和特征碼。有的指令中也直接包含操作數本身。

　　為了能夠接收多路信號，可以由另一個(gè)獨立的單片機構成一個(gè)從機系統，以循環(huán)掃描數據總線(xiàn)的方式工作，專(zhuān)門(mén)負責多路信號的采集與處理，并將處理后的ID信息通過(guò)串行或并行方式發(fā)給主控單片機。但是這種方式增加了系統的復雜度，從而給可靠性帶來(lái)隱患，同時(shí)也增加了成本。

　　本設計中主控制器是NXP2214，采用中斷觸發(fā)綜合掃描I/O的新方法，只用一個(gè)CPU的中斷信號，實(shí)現多路韋根接口信號的采集。韋根接口硬件電路如圖2所示。韋根接口是5 V的電平，而ARM內核的CPU是3.3 V的電平，因此韋根信號首先通過(guò)芯片SN74LVC4245轉換成3.3 V電平。然后，輸入到NXP2214的P0.8～P0.15引腳上，這些引腳通過(guò)I/O方式掃描信號。

　　當有任何一路韋根接口產(chǎn)生低電平時(shí)，經(jīng)過(guò)SN74-HC30D都會(huì )產(chǎn)生中斷;微控制器立刻響應中斷，掃描輸入信號獲取完整的信號幀后退出中斷。這樣，只需要一個(gè)中斷信號，只在有信號時(shí)掃描I/O，不但不會(huì )阻塞系統其他任務(wù)的正常執行，而且可以擴展出更多的韋根接口。