拥有USB的PSoC应用于风扇控制

作者：时间：2013-09-06 来源：网络收藏

当选择一个控制器时，设计师必须了解需要多少个模拟输入。对于只需要6个输入的系统，8个输入是否足够？需求会不会进一步提高？一个特殊的控制器系列能够处理多少个模拟输入？CY8C24794通过允许将其多达6个I/O端口与一个模拟多路复用器相连的方法（从而可将48个引脚用于模拟信号）解决了该问题。上述示意图4就对此问题进行了详细的分析。

　　一个I/O模拟多路复用器（复用器是一种综合系统，通常包含一定数目的数据输入，n个地址输入（以二进制形式选择一种数据输入））实际是两根总线，如果需要的话，可在内部进行连接。它实质上就是一个大型交叉开关，允许将任何引脚连接至一个模拟控制系统的模拟阵列。每个引脚都具有一个开关，当被选择时则与一根模拟总线相连。如果模拟阵列和数字块被配置成一个ADC，则将能够检测多达48个输入信号的电压。

　　与模拟多路复用器总线相连的还有一个电流源。该电流DAC是可选的，并具有两个调节范围，即：0μA~20μA或0μA~400μA。如欲读出一个电阻值，则只需以下四个步骤即可：

　　（1）将电阻连接至一个引脚

　　（2）把该引脚连接至模拟总线

　　（3）启动电流

　　（4）利用同样连接至该总线的ADC来测量负载电压（该电压是电阻与电流的乘积）

　　为了获得超高准确度，一种方法是牺牲一个引脚来换取一个基准电阻器。将该电阻器连接至总线，并测量其两端的负载电压。然后，断开该电阻器、连接所需的电阻器并测量其负载电压。这两个电压读数之比就等于两个电阻器的阻值之比。电流准确度中的任何误差都将下降。此时，测量的准确度完全取决于基准电阻器的准确度。

　　加至模拟多路复用器上的一个放电开关可被用来测量电容。当受到的激励时，与电阻器将产生一个DC（直流）负载电压

　　不同，生成的是一个。该斜坡速率与激励电流成正比，而与测量电容成反比。为了方便该转换速率的测量，模拟部分被配置成一个采样比较器。电容器（由两片接近并相互绝缘的导体制成的电极组成的储存电荷和电能的器件）被连接至总线，从而产生一个转换信号。当该信号达到比较器的调整点时，放电开关进入工作状态，导致电容器放电回零。开关随后释放，该循环继续进行。这个过程被称为弛张振荡。显然，这种循环的频率与施加的电流成正比，而与电容成反比。比较器输出被馈至数字部分，这里已经配置了一个频率计数器或周期定时器。电容可从测量数字信号推导出来。

　　有多种换能器可将信号转换成电容，比如显微机械加工加速器。电容的一项重要应用是测量手指的存在与否。该技术可被用于电容性触摸开关的移植，这种触摸开关正在逐渐取代消费类电子产品（比如：MP3播放器、笔记本电脑和移动电话）中的按钮和开关。电容性触摸开关提供了一种独特的用户体验，而且不易受到潮湿以及其他环境因素的损坏。

风扇控制应用

　　风扇模块概述：大型电信、网络系统经常使用高性能处理器，从而在一个简单的机架上实现更多功能。例如，一个曾经支持12条ADSL的线卡现在可以支持64条，之前能够耗散24W （每条ADSL为2W）功率的电路板现在必须耗散128W的功率。用强劲的冷空气气流降低相关热阻，以达到散热要求。大多数电信系统包含很多风扇。为保证在一个风扇出现故障的情况下系统仍能正常工作，系统经常放置超过理论所需数目的风扇（N+1结构）。这样，一个系统可能会用到6至8个风扇。每个风扇都有自己的电源，使风扇可以很容易地替换而不需要关闭整个系统。

PSoC器件的常见应用之一便是风扇控制。PSoC架构的超群集成度使得实际风扇控制应用的元件数量减少了25个以上。

　　如上述方框示意图5即为一种速度受控型风扇的实例。我们将对其进行研究PSoC器件对其带来的作用。

　　我们对所需的温度进行测量，并将测量值用于定义期望的风扇速度（调整点）。最初，对于20℃以下的温度，该参数为2000RPM；对于70℃以及更高的温度，该参数则为7000RPM，并且随着这些极限值之间的温度呈线性变化。这些是初始值；它们必须能够由主机通过I2C接口来改变。输送至风扇的功率由一个脉宽调制器（PWM）来控制。其频率应接近1kHz。一个转速计被连接至风扇，用于测量其速度。控制算法求得期望速度与测量速度之差（误差），并用它来确定PWM的合适占空比。与温度一样，这些控制参数的设定值也必须能够通过I2C主机来改变。

　　如上述示意图6所示，PWM（脉冲调制器）是利用一个数字块来实现的。所做的一项改进是采用了另一个数字块来生成一个具有50.2%（128/255）占空比的伪随机脉冲流。当把该信号连接至PWM启动引脚时，PWM的工作频率将是一个连续启动的PWM的50.2%。

　　这种PWM实现方案的好处是输出频率现在拥有了一个±3%的高频抖动，这样可以显着地降低了峰值谐波EMI辐射。

　　脉冲宽度的改变将在软件的控制之下进行。

　　转速计电路由两个数字块（被配置为一个16位定时器）和一个连续模拟块（被配置为一个比较器）组成，用于调节风扇的转速计信号。

　　风扇速度是通过测量两个脉冲之间的时间长度来确定的。比较器与列比较器总线0相连，后者又与定时器的捕获信号相连。风扇的标称转速为2000rpm~7000rpm。选定的风扇具有4个极点，因此标称范围将具有133Hz（2000×4/60）和467Hz的标称频率。当采用一个用于实现定时器同步的2MHz系统时钟时，可以测量长达328mS或31Hz的脉冲宽度。