擁有USB的PSoC應用于風(fēng)扇控制

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

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

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

　?。?） 將電阻連接至一個(gè)引腳

　?。?） 把該引腳連接至模擬總線(xiàn)

　?。?） 啟動(dòng)電流

　?。?） 利用同樣連接至該總線(xiàn)的ADC來(lái)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(gè)引腳來(lái)?yè)Q取一個(gè)基準電阻器。將該電阻器連接至總線(xiàn)，并測量其兩端的負載電壓。然后，斷開(kāi)該電阻器、連接所需的電阻器并測量其負載電壓。這兩個(gè)電壓讀數之比就等于兩個(gè)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(shí)，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(gè)放電開(kāi)關(guān)可被用來(lái)測量電容。當受到的激勵時(shí)，與電阻器將產(chǎn)生一個(gè)DC（直流）負載電壓

　　不同，生成的是一個(gè)。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(gè)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(xiàn)，從而產(chǎn)生一個(gè)轉換信號。當該信號達到比較器的調整點(diǎn)時(shí)，放電開(kāi)關(guān)進(jìn)入工作狀態(tài)，導致電容器放電回零。開(kāi)關(guān)隨后釋放，該循環(huán)繼續進(jìn)行。這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)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(jīng)配置了一個(gè)頻率計數器或周期定時(shí)器。電容可從測量數字信號推導出來(lái)。

　　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(shù)可被用于電容性觸摸開(kāi)關(guān)的移植，這種觸摸開(kāi)關(guān)正在逐漸取代消費類(lèi)電子產(chǎn)品（比如：MP3播放器、筆記本電腦和移動(dòng)電話(huà)）中的按鈕和開(kāi)關(guān)。電容性觸摸開(kāi)關(guān)提供了一種獨特的用戶(hù)體驗，而且不易受到潮濕以及其他環(huán)境因素的損壞。

　　風(fēng)扇控制應用

　　風(fēng)扇模塊概述：大型電信、網(wǎng)絡(luò )系統經(jīng)常使用高性能處理器，從而在一個(gè)簡(jiǎn)單的機架上實(shí)現更多功能。例如，一個(gè)曾經(jīng)支持12條ADSL的線(xiàn)卡現在可以支持64條，之前能夠耗散24W （每條ADSL為2W）功率的電路板現在必須耗散128W的功率。用強勁的冷空氣氣流降低相關(guān)熱阻，以達到散熱要求。大多數電信系統包含很多風(fēng)扇。為保證在一個(gè)風(fēng)扇出現故障的情況下系統仍能正常工作，系統經(jīng)常放置超過(guò)理論所需數目的風(fēng)扇（N+1結構）。這樣，一個(gè)系統可能會(huì )用到6至8個(gè)風(fēng)扇。每個(gè)風(fēng)扇都有自己的電源，使風(fēng)扇可以很容易地替換而不需要關(guān)閉整個(gè)系統。

　　PSoC器件的常見(jiàn)應用之一便是風(fēng)扇控制。PSoC架構的超群集成度使得實(shí)際風(fēng)扇控制應用的元件數量減少了25個(gè)以上。

　　如上述方框示意圖5即為一種速度受控型風(fēng)扇的實(shí)例。我們將對其進(jìn)行研究PSoC器件對其帶來(lái)的作用。

　　我們對所需的溫度進(jìn)行測量，并將測量值用于定義期望的風(fēng)扇速度（調整點(diǎn)）。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(zhù)這些極限值之間的溫度呈線(xiàn)性變化。這些是初始值；它們必須能夠由主機通過(guò)I2C接口來(lái)改變。輸送至風(fēng)扇的功率由一個(gè)脈寬調制器（PWM）來(lái)控制。其頻率應接近1kHz。一個(gè)轉速計被連接至風(fēng)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(lái)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(guò)I2C主機來(lái)改變。

　　如上述示意圖6所示，PWM（脈沖調制器）是利用一個(gè)數字塊來(lái)實(shí)現的。所做的一項改進(jìn)是采用了另一個(gè)數字塊來(lái)生成一個(gè)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(dòng)引腳時(shí)，PWM的工作頻率將是一個(gè)連續啟動(dòng)的PWM的50.2%。

　　這種PWM實(shí)現方案的好處是輸出頻率現在擁有了一個(gè)±3%的高頻抖動(dòng)，這樣可以顯著(zhù)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(jìn)行。

　　轉速計電路由兩個(gè)數字塊（被配置為一個(gè)16位定時(shí)器）和一個(gè)連續模擬塊（被配置為一個(gè)比較器）組成，用于調節風(fēng)扇的轉速計信號。

　　風(fēng)扇速度是通過(guò)測量?jì)蓚€(gè)脈沖之間的時(shí)間長(cháng)度來(lái)確定的。比較器與列比較器總線(xiàn)0相連，后者又與定時(shí)器的捕獲信號相連。風(fēng)扇的標稱(chēng)轉速為2000rpm~7000rpm。選定的風(fēng)扇具有4個(gè)極點(diǎn)，因此標稱(chēng)范圍將具有133Hz（2000×4/60）和467Hz的標稱(chēng)頻率。當采用一個(gè)用于實(shí)現定時(shí)器同步的2MHz系統時(shí)鐘時(shí)，可以測量長(cháng)達328mS或31Hz的脈沖寬度。

　　上述示意圖為一個(gè)將被用來(lái)測量溫度，被選產(chǎn)品型號為muRata NTH5G16P33B103J07TH的溫度-電阻關(guān)系。