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智能传感器信号处理(下)

作者:时间:2011-02-27来源:电子产品世界

  的主要特点

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/117276.htm

  典型的架构具有使其适用于大量传感器应用的多种CPU和外设特性。在本节中,我们将探讨这些特性中最有用的几个,在选择架构时这几个特性是考虑的重点。

  增强的CPU功能

  16位DSC最强大的特性是可提供丰富的DSP功能。真正的DSC包含两个40位累加器,可用于存储两个独立的16位x 16位乘法运算的结果。

  大多数DSP算法(如FIR和IIR滤波)都会涉及计算乘积之和。利用特殊指令,如乘 – 累加(Multiply-and-Accumulate,MAC),可以在一个指令周期内将两个16位数字相乘,将结果加到累加器,然后从RAM预取一对数据值。利用两个累加器,也可以将数据写回一个累加器,同时在另一个累加器上执行计算。

  累加器宽度为40位(而非32位)时,可以将数据暂时“溢出”(这在累加器中累加大量值时经常发生)。此外,DSC的CPU也可以选用一种称为“饱和”的机制将值保持在允许的范围内,并在将值写回RAM时对值进行取整或换算。DSC的另一项特性(也是MCU一般缺少的)是其解读分数形式的数据能力,DSC并不总是假定数据为整数,因而有助于分数运算。

  除了上述特性外,还增加了各种数据寻址模式,用以高效移动数据,支持环形缓冲区和位反转寻址以及零开销循环,很显然,DSC提供了非常强大的用户友好型CPU架构来处理或分析传感器数据。

  灵活的中断结构

  DSC器件的中断结构拥有较高的灵活性。一般来说,支持大量可单独允许并设置优先级的中断源和向量(这对于涉及多个传感器的应用非常有利)。其中断延时应该具有高确定性,以简化系统开发人员的工作。显著提高信号处理应用效率的另一个特性是直接存储器访问(DMA),其在外设和存储器之间(例如在ADC和数据缓冲区之间)自动传输大批量的数据。

  运行时自编程(RTSP)

  大多数传感器应用都需要存储常量,其用于根据环境条件、变换器输出与预测量之间的偏移量来校准从传感器获取的数据。后处理算法也会使用常量,如滤波系数或FFT“旋转因子”。但是,在RAM中存储此类常量会浪费数据存储空间。DSC器件通常包含闪存程序存储器和基于闪存的数据EEPROM,可用于高效可靠地存储和访问此类常量。在闪存DSC器件中,用户的程序甚至可以实时修改这些常量,具体取决于环境、数据或工作条件的变化。

  在线串行编程(ICSP)

  借助闪存DSC,用户能够使用称为在线串行编程(In-Circuit Serial Programming,ICSP)的方法在现场轻松升级应用固件。在线串行编程,不仅可以修正传感器校准或软件漏洞,以最少的成本和最短的延时提供更强的功能,而且可以使同一控制器用在不同类型的传感器接口中和不同的条件下。

  除此之外,还有高分辨率ADC和DAC,高速输入捕捉和输出比较,I/O电平变化通知功能等。

  应用示例

  现在让我们看几个基于传感器的系统的示例,在这些示例中,DSC提供了理想的架构解决方案。本文并未逐一罗列所有的情况,仅为说明DSC在传感器应用中应用广泛而已。

  温度传感器

  在传感器测量的各种物理量中,温度测量可能最为常见。在工业设备、化工厂、供暖、通风与空调(HVAC)系统、计算机安装和电池管理系统等众多系统中,温度测量是极其重要的一个方面。若要根据所测量的电阻准确计算温度(例如使用电阻式温度检测器或热敏电阻),需要进行对数计算和除法,在此过程中,DSC的DSP功能将非常有效。在某些配置中,需要差分ADC输入。

  将热电偶用作温度传感器时,所产生的电压很小,因而容易受到寄生结效应的干扰。在使用P-N结(硅)传感器的情况下,所产生的电压将随器件的不同而有所变化,难以进行准确的测量。不管是哪一种情况,在片上数据EEPROM或闪存程序存储器上存储和访问校准常量的功能都有助于补偿这种不需要的效应。


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关键词: 智能传感器 DSC 201102

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