Újrakonfigurálható eszközök

Átírás

1 Újrakonfigurálható eszközök 13. Cypress PSOC 5LP analóg perifériák 3. rész 1

2 Felhasznált irodalom és segédanyagok Cypress: CY8C58LP FamilyDatasheet Cserny István: PSOC 5LP Mikrokontrollerek programozása Cypress: PSOC 5LP Architecture Technical Reference Manual) Cypress: CY8CKIT-059 Prototyping Kit Guide Cypress: AN777759: Geting Started with PSoC 5LP Cypress: PSoC Creator User Guide Yuri Magda: Cypress PSoC 5LP Prototyping Kit Measurement Electronics U. Tietze Ch. Schenk: Analóg és digitális áramkörök 2

3 Termopár (hőelem) A hőelem elektromotoros ereje a termopár meleg és hideg vége közöti hőmérsékletől és az anyagától függ A mért feszültség tehát Tsense és Tref különbségét adja meg, a mért értéket tehát korrigálni kell Tref értékével Az ábrán az iparban elterjedten használt K-típusú NiCr Ni termopár látható, amely 200 to tartományban használható hőmérséklet mérésre 3

4 Különféle termopárok jelleggörbéi A legelterjedtebben használt hőelemek Ni ötvözetekből készülnek Chromel: Ni 90 %, Cr 10 % Type E (NiCr CuNi): : 68 µv/ Type J (Fe CuNi) : 54 µv/ Type M (NiMo NiCo) : 50 µv/ Type K (NiCr Ni) : 41 µv/ Konstantán: Cu 55 %, Ni 45 % Alumel: Ni 95 %, Al 2 %, Mg 2 %, Si 1 % (a NiCr Ni termopár újabban chromel alumel páros) 4

5 Hőmérés termoelemmel Egy Aoyue 907 forrasztópáka hőmérsékletét monitorozzuk, a termopár kivezetéseinek felhasználásával 32 x 0 25 mv mv 5

6 PGA konfigurálása A programozható erősítésű műveleti erősítő konfgurálásánál a referencia bemenetet belső földre kötjük Lassú jel esetén nem kell nagy sávszélesség, a Low Power mód is megfelel Az erősítést 32-re állítjuk (szofverből is állítható) 6

7 Az ADC konfigurálása A delta-sigma ADC-t single ended módban használjuk, 20 bites felbontással A bemeneti tartomány V legyen A belső referenciát a P0.3 lábon keresztül kötjük be (beépítet szűrőkondenzátor) A bemenet Bypass Bufer, vagy Level shif legyen 7

8 Az UART modul konfigurálása Ezútal csak egyirányú forgalmat kérünk (Tx only), mivel csak az eredményt kívánjuk kiíratni Programmegszakítást nem kérünk az Advanced lapon Az adatsebesség és adatformátum: 9600, N, 1 8

9 További konfigurációs lépések Kivezetések hozzárendelése A hőelemet J típusúra (vas-konstantán) állítsuk be! A Termocouple modul nem hardver alkatrész, hanem két API függvényt biztosít: int32 Thermocouple_GetTemperature(int32 voltage) a termofeszültségből meghatározza a hőmérsékletet int32 Thermocouple_GetVoltage(int32 temperature) a megadot hőmérséklethez tartozó termofeszültséget adja meg Mértékegységek a fenti függvényekben: C/100 és μv 9

10 main.c #include "project.h" #include <stdio.h> char buf[64]; int main(void) { int32 result, microvolts, temperature, correction; PGA_1_Start(); PGA_1_SetGain(PGA_1_GAIN_32); PGA_1_SetPower(PGA_1_LOWPOWER); ADC_DelSig_1_Start(); UART_1_Start(); CyGlobalIntEnable; // Enable global interrupts. ADC_DelSig_1_StartConvert(); correction = Thermocouple_1_GetVoltage(2500); // Correction for room tempereature for(;;) { while(!adc_delsig_1_isendconversion(adc_delsig_1_return_status)); result = ADC_DelSig_1_GetResult32(); microvolts = ADC_DelSig_1_CountsTo_uVolts(result)/32; // assume gain of 32 temperature = Thermocouple_1_GetTemperature(microVolts + correction); sprintf(buf,"%lu uv %lu C\n",microVolts,temperature/100); UART_1_PutString(buf); CyDelay(1000); } } 10

11 Mérési adatok Felfűtés kb. 1 perc T [ C] t [s] 350 Lehűlési görbe kikapcsolás után 8 10 percig nem érdemes tapogatni!

12 Mérési adatok Az általunk mért eredmények az alábbi táblázatban láthatók A skálán beállítot hőmérséklet és a termofeszültségből számolt értékek jelentős eltérést mutatnak nem kielégítő a kalibráció Skála Uthermo Tcalc 30,0 25, , , , , , , , , , ,0 5,0 0,

13 Aoyue 936 forrasztóállomás triac Opto triac 13

14 Hőmérőből hőszabályozó? Néhány lehetőség a hőmérő kiegészítéséhez További analóg modulok felhasználásával hardveres analóg szabályozót alakíthatunk ki (PID szabályozó OPA felhasználásával) A digitalizált jel felhasználásával digitális szabályozót alakíthatunk ki (pl. PWM) A digitalizált jel felhasználásával a mért hőmérsékletet digitálisan kijelezhetjük (7 szegmenses LED, vagy alfanumerikus LCD kijelző) Kapacitív érintésérzékelés, és VDAC segítségével beállíthatjuk a kívánt hőmérsékletet 14

15 PID szabályozó Az egyszerű PID szabályozó frekvenciamenete két töréspontal rendelkezik f 1= 1 R2C 2 2π f 2= 1 R C 2π 1 1 Probléma: kis és nagy frekvenciánál bezajosodik 15

16 Javítot PID szabályozó A PID szabályozó gyakorlati kivitelénél két további ellenállással korlátozzuk az erősítést a nagyon kis és nagy frekvenciákon. Ezzel két új töréspontot hozunk létre: 16

17 Kisjelű AC erősítő Forrás: Yury Magda: Cypress PSoC 5LP Prototyping Kit Measurement Electronics hardware and software 17

18 Szimuláció Az áramkör működését a online szimulátorában kipróbálhatjuk Az AC (váltóáramú) jelet az unipoláris táplálás miat csak a nullapont eltolásával tudjuk kezelni A bemenőjel 500 mv-ra ültetet 150 mv amplitúdójú jel, az erősítés 3-szoros 18

19 WaveDAC konfigurálás Az 1 khz-es színuszjelet egy WaveDAC segítségével állítjuk elő A DAC töltése DMA csatornán történik, 100 khz-es gyakorisággal A színuszjel amplitúdója 150 mv az eltolás 510 mv A szinuszjelet egy 100 mintás hullámtábla tartalmazza A frekvencia mintavételi arány és a mintaszám hányadosa (100 khz/100) 19

20 Az erősítő konfigurálása Az erősítőt egy invertáló PGA modul felhasználásával alakítjuk ki Az erősítést 3-szorosra állítjuk 20

21 DVDAC konfigurálása A nullapont eltolást egy 12 bites DVDAC (dithered DAC) segítségével állítjuk be. Az időben változó jel kisimítására egy szűrőkondenzátort kell csatlakoztatni a DVDAC kimenetére 21

22 main.c A főprogram feladata a perifériák elindítása, a műveletvégzés a továbbiakban DMA csatornán és megszakítási szinten zajlanak A WaveDAC8 elindítása a DMA átvitelt is elindítja A főprogram listája: #include <project.h> int main() { CyGlobalIntEnable; /* Enable global interrupts. */ WaveDAC8_1_Start(); Opamp_1_Start(); DVDAC_1_Start(); PGA_Inv_1_Start(); for(;;) { /* Place your application code here. */ } } 22

23 Szegény ember oszcilloszkópja Az időben változó analóg jelet oszcilloszkóppal lehet vizsgálni, de az drága műszer, az amatőr műhelyében ritkán található meg. Egy áthidaló megoldást hangfrekvenciás jelek vizsgálatához a Soundcard Oscilloscope alkalmazás, amely a hangkártya bemenetére vezetet jel(ek)et a számítógép képernyőjén jeleníti meg Ügyeljünk arra, hogy a vizsgálni kívánt jel AC csatolású legyen (azaz egy kondenzátorral válasszuk le az egyenfeszültségű komponenst) és túl nagy jelet ne engedjünk a bemenetre Az alábbi ábrán látható az a bekötés, amelyet a projektünkben előállítot jelek vizsgálatához használtunk. Mikrofonbemenet esetén csak egy csatornát tudunk használni 23

24 A bemenőjel (P1_6 kivezetés) 24

25 A felerősítet jel (P2_3 kivezetés) 25

26 CY8CKIT-059 fejlesztői kártya USB csatlakozás a PC-hez USB UART Kivezetések KitProg programozó és hibavadász C8C5868LTI-LP039 PSOC 5LP Target áramkör LED1 (2.1 kivezetés) A tápellátás történhet a programozó felől (5V), Az alkalmazói USB csatlakozóról (5V), vagy a VDD csatlakozáson keresztül (3,3 5 V). SW1 (2.2 kivezetés) Utóbbi esetben a D1 és D2 diódákat el kell távolítani az USB-re csatlakozás előtt! RESET gomb helye CY8C5888LTI-LP097 JTAG csatlakozás USB alkalmazói csatl. 26

27 A céláramkör kapcsolási rajza 27