基于dsp的多路精密可編程電阻模塊及其控制方法
【專利摘要】基于DSP的多路精密可編程電阻模塊及其控制方法，涉及一種可編程模塊及其控制方法。它是為了解決傳統(tǒng)的可編程電阻模塊集成度低，使用壽命不長的問題。本發(fā)明充分利用DSP的SPI外設接口來控制數(shù)字電位器從而實現(xiàn)可變的電阻輸出，可以達到32路的可編程電阻輸出，輸出范圍2kΩ至200kΩ，阻值精度優(yōu)于100Ω，步進小，最小步進間隔為4Ω。實現(xiàn)了集小型化，高集成度，同比提高了20%，使用壽命長，同比提高了一倍以上。本發(fā)明適用于一種可編程模塊及其控制方法。
【專利說明】基于DSP的多路精密可編程電阻模塊及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可編程模塊及其控制方法。
【背景技術】
[0002]電阻幾乎是所有電路系統(tǒng)中必不可少的一個部分，同時特殊的電阻還可以作為傳感器來使用。在電路系統(tǒng)中一個電阻值的改變往往可以使電路的特性發(fā)生很大的改變，而在一些電阻型傳感器中，其表征被測量的輸出就是可變的電阻。所以不論是從控制電路特性的角度還是模擬一些特殊的傳感器的角度我們都希望實現(xiàn)電阻的可編程控制。
[0003]傳統(tǒng)的可編程電阻模塊主要由電阻陣列和開關陣列組成，利用開關選擇電阻陣列的方式，從而實現(xiàn)不同的電阻阻值輸出。傳統(tǒng)的可編程電阻模塊主要由繼電器陣列和精密電阻陣列組成，此方法由于繼電器體積較大，一個模塊只能實現(xiàn)幾路可編程電阻輸出從而導致集成度低，而由于利用繼電器為開關，繼電器的壽命大大制約了整個模塊的使用壽命，在實際工程中的應用有著很多的制約因素。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明為了解決傳統(tǒng)的可編程電阻模塊集成度低，使用壽命不長的問題，進而提供了基于DSP的多路精密可編程電阻模塊及其控制方法。
[0005]基于DSP的多路精密可編程電阻模塊，它包括RS-485轉換電路1、DSP控制電路2和可編程電阻電路3 ；
[0006]DSP控制電路2包括DSP控制器21和片外RAM22 ；
[0007]可編程電阻電路3包括數(shù)字電位器單元電路31和譯碼選擇電路32 ；
[0008]數(shù)字電位器單元電路31有η個通道，每個通道包括第一數(shù)字電位器Rl和第二數(shù)字電位器R2，第一數(shù)字電位器Rl和第二數(shù)字電位器R2串聯(lián)在一起形成可變電阻，η為大于2的正整數(shù)；
[0009]外部的數(shù)據(jù)訊號通過RS-485總線連接到RS-485轉換電路I的信號輸入端，所述RS-485轉換電路I的信號輸出端連接在DSP控制器21的SCI接口上；
[0010]DSP控制器21的地址總線接口與片外RAM22的地址總線連接，DSP控制器21的數(shù)據(jù)總線接口與片外RAM22的數(shù)據(jù)總線連接；DSP控制器21的通用I/O接口連接譯碼選擇電路32的信號輸入端，所述譯碼選擇電路32的信號輸出端連接數(shù)字電位器單元電路31的控制信號輸入端；
[0011]DSP控制器21的SPI接口通過SPI總線與每個通道的第一數(shù)字電位器Rl的控制信號輸入端和第二數(shù)字電位器R2的控制信號輸入端連接。
[0012]基于DSP的多路精密可編程模塊的控制方法，
[0013]接收指令步驟:DSP控制器21通過SCI接口接收RS-485轉換電路I發(fā)送的指令；
[0014]指令分析步驟:DSP控制器21將指令傳遞給譯碼選擇電路32，
[0015]譯碼選擇電路32對指令譯碼，將譯碼后的指令傳遞給數(shù)字電位器單元電路31，數(shù)字電位器單元電路31確定通道和通道的阻值數(shù)據(jù)；
[0016]查找大阻值數(shù)據(jù)表步驟:DSP控制器21根據(jù)數(shù)字電位器單元電路31的通道和阻值的數(shù)據(jù)，在片外RAM22中的大阻值數(shù)據(jù)表中查找標校數(shù)據(jù)，確定第一數(shù)字電位器Rl的碼值區(qū)間和阻值區(qū)間；
[0017]查找小阻值數(shù)據(jù)表步驟:再確定第二數(shù)字電位器R2的碼值區(qū)間和阻值區(qū)間；
[0018]線性插值處理步驟:對第一數(shù)字電位器Rl的阻值區(qū)間和第二數(shù)字電位器R2的阻值區(qū)間做線性函數(shù)，獲得第一數(shù)字電位器Rl的碼值和第二數(shù)字電位器R2的碼值；
[0019]SPI可編程控制步驟:根據(jù)獲得的第一數(shù)字電位器Rl的碼值和第二數(shù)字電位器R2的碼值通過SPI接口發(fā)送控制命令給相應的電位器，實現(xiàn)對相應電位器阻值的調整。
[0020]本發(fā)明充分利用DSP的SPI外設接口來控制數(shù)字電位器從而實現(xiàn)可變的電阻輸出，可以達到32路的可編程電阻輸出，輸出范圍2k Ω?200k Ω，阻值精度優(yōu)于100 Ω，步進小，最小步進間隔為4Ω。實現(xiàn)了集小型化，高集成度，同比提高了 20%，使用壽命長，同比提高了一倍以上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為基于DSP的多路精密可編程電阻模塊的整體結構示意圖；
[0022]圖2為基于DSP的多路精密可編程模塊的控制方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0023]【具體實施方式】一:下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述的基于DSP的多路精密可編程電阻模塊，它包括RS-485轉換電路1、DSP控制電路2和可編程電阻電路3 ；
[0024]DSP控制電路2包括DSP控制器21和片外RAM22 ；
[0025]可編程電阻電路3包括數(shù)字電位器單元電路31和譯碼選擇電路32 ；
[0026]數(shù)字電位器單元電路31有η個通道，每個通道包括第一數(shù)字電位器Rl和第二數(shù)字電位器R2，第一數(shù)字電位器Rl和第二數(shù)字電位器R2串聯(lián)在一起形成可變電阻，η為大于2的正整數(shù)；
[0027]外部的數(shù)據(jù)訊號通過RS-485總線連接到RS-485轉換電路I的信號輸入端，所述RS-485轉換電路I的信號輸出端連接在DSP控制器21的SCI接口上；
[0028]DSP控制器21的地址總線接口與片外RAM22的地址總線連接，DSP控制器21的數(shù)據(jù)總線接口與片外RAM22的數(shù)據(jù)總線連接；DSP控制器21的通用I/O接口連接譯碼選擇電路32的信號輸入端，所述譯碼選擇電路32的信號輸出端連接數(shù)字電位器單元電路31的控制信號輸入端；
[0029]DSP控制器21的SPI接口通過SPI總線與每個通道的第一數(shù)字電位器Rl的控制信號輸入端和第二數(shù)字電位器R2的控制信號輸入端連接。
[0030]本實施方式中，模塊的總體工作流程如下:外部的RS-485數(shù)據(jù)通過通訊接口電路連接到的DSP自帶的SCI接口上，DSP控制器根據(jù)接收的電阻阻值數(shù)據(jù)，通過一定的算法并配合譯碼選擇來控制數(shù)字電位器輸出，從而實現(xiàn)32路電阻的可編程控制。
[0031]RS-485轉換電路主要用于將RS-485總線上的485電平轉換成標準的TTL電平，以方便RS-485總線與DSP主控器進行通信，是整個模塊正常通信的基礎。[0032]DSP控制電路主要由DSP控制器和片外RAM組成，DSP控制器用于指令譯碼解析，實現(xiàn)對各個功能模塊的控制，而片外RAM作為DSP外擴的數(shù)據(jù)存儲器，配合DSP完成其工作，DSP控制電路是整個模塊的核心。
[0033]可編程電阻電路可編程電阻電路主要由數(shù)字電位器單元電路和譯碼選擇電路組成，其中數(shù)字電位器單元電路采用SPI接口的數(shù)字電位器進行設計，直接將數(shù)字電位器掛載到DSP的SPI接口上，設計中利用一個2001?Ω的數(shù)字電位器與一個IkQ的數(shù)字電位器進行串聯(lián)，用于實現(xiàn)電阻可調變化，而譯碼器用于實現(xiàn)主控制器和數(shù)字電位器芯片的通信選擇。
[0034]通過以上各個功能模塊的配合，使得可編程電阻模塊可以實現(xiàn)多路電阻的可編程控制，而且控制精度高，范圍大，整個模塊整體的集成度也比較高。
[0035]【具體實施方式】二:本實施方式對【具體實施方式】一所述的基于DSP的多路精密可編程電阻模塊作進一步限定，本實施方式中，DSP控制器21的地址總線接口為16位地址總線接口，數(shù)據(jù)總線接口為16位數(shù)據(jù)總線接口。
[0036]【具體實施方式】三:本實施方式對【具體實施方式】一所述的基于DSP的多路精密可編程電阻模塊作進一步限 定，本實施方式中，η=32。
[0037]【具體實施方式】四:本實施方式對【具體實施方式】一所述的基于DSP的多路精密可編程電阻模塊作進一步限定，本實施方式中，第一數(shù)字電位器Rl的最大阻值為200kQ，第二數(shù)字電位器R2的最大阻值為IkQ。
[0038]【具體實施方式】五:本實施方式對【具體實施方式】一所述的基于DSP的多路精密可編程電阻模塊作進一步限定，本實施方式中，DSP控制電路2中DSP控制器21的型號為TMS320LF2407A。
[0039]【具體實施方式】六:下面結合圖2說明本實施方式，本實施方式是【具體實施方式】一至五所述基于DSP的多路精密可編程電阻模塊的控制方法，
[0040]接收指令步驟:DSP控制器21通過SCI接口接收RS-485轉換電路I發(fā)送的指令；
[0041]指令分析步驟:DSP控制器21將指令傳遞給譯碼選擇電路32，
[0042]譯碼選擇電路32對指令譯碼，將譯碼后的指令傳遞給數(shù)字電位器單元電路31，數(shù)字電位器單元電路31確定通道和通道的阻值數(shù)據(jù)；
[0043]查找大阻值數(shù)據(jù)表步驟:DSP控制器21根據(jù)數(shù)字電位器單元電路31的通道和阻值的數(shù)據(jù)，在片外RAM22中的大阻值數(shù)據(jù)表中查找標校數(shù)據(jù)，確定第一數(shù)字電位器Rl的碼值區(qū)間和阻值區(qū)間；
[0044]查找小阻值數(shù)據(jù)表步驟:再確定第二數(shù)字電位器R2的碼值區(qū)間和阻值區(qū)間；
[0045]線性插值處理步驟:對第一數(shù)字電位器Rl的阻值區(qū)間和第二數(shù)字電位器R2的阻值區(qū)間做線性函數(shù)，獲得第一數(shù)字電位器Rl的碼值和第二數(shù)字電位器R2的碼值；
[0046]SPI可編程控制步驟:根據(jù)獲得的第一數(shù)字電位器Rl的碼值和第二數(shù)字電位器R2的碼值通過SPI接口發(fā)送控制命令給相應的電位器，實現(xiàn)對相應電位器阻值的調整。
[0047]本實施方式中，由于數(shù)字電位器的輸出并不是理想的線性輸出，其輸出值和理想輸出偏差比較大，所以在使用數(shù)字電位器做為高精度的電阻輸出時，必須要對電位器的阻值進行標校。所謂阻值標校就是對數(shù)字電位器一些碼值輸出進行測量，把測量的結果存儲起來，而電阻輸出時以這些數(shù)據(jù)為標準進行輸出，從而實現(xiàn)電阻的精密可編程。[0048]通常情況下模塊或者產品本身的標校數(shù)據(jù)都是存儲到模塊內部單獨的存儲器如E2PR0M中，而本模塊卻不同，基于DSP的可編程電阻模塊的一大亮點就是將測量的標校數(shù)據(jù)直接以表格的形式寫入到DSP程序中，將其存儲到了 DSP內部的FLASH上。本設計采用TI公司的TMS320LF2407A型號的DSP。此款DSP不僅帶有相應的SPI和SCI接口，內部還有高達32K字的FLASH即程序存儲器和32K字的RAM即數(shù)據(jù)存儲器。對于整個標校的過程中標校數(shù)據(jù)的數(shù)量比較龐大，雖然內部的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器容量都比較大達到32K字，但是對于片內RAM來說，用戶可用的部分比較少，分配給用戶可用的數(shù)據(jù)存儲器無法滿足容量要求，所以外擴一片RAM當做片外的數(shù)據(jù)存儲器，從而最終將標校數(shù)據(jù)存儲到的模塊內部的DSP上。
[0049]通過外擴一片RAM，將所有的阻值標校數(shù)據(jù)都直接存儲到DSP的內部，這種方式不僅加快了 DSP運算處理速度，同時易于更新數(shù)據(jù)，加快了電阻輸出的響應速度。
【權利要求】
1.基于DSP的多路精密可編程電阻模塊，其特征在于:它包括RS-485轉換電路(I)、DSP控制電路(2)和可編程電阻電路(3)； DSP控制電路(2)包括DSP控制器(21)和片外RAM (22)； 可編程電阻電路(3)包括數(shù)字電位器單元電路(31)和譯碼選擇電路(32)； 數(shù)字電位器單元電路(31)有η個通道，每個通道包括第一數(shù)字電位器(Rl)和第二數(shù)字電位器(R2)，第一數(shù)字電位器(Rl)和第二數(shù)字電位器(R2)串聯(lián)在一起形成可變電阻，η為大于2的正整數(shù)； 外部的數(shù)據(jù)訊號通過RS-485總線連接到RS-485轉換電路(I)的信號輸入端，所述RS-485轉換電路(I)的信號輸出端連接在DSP控制器(21)的SCI接口上； DSP控制器(21)的地址總線接口與片外RAM (22)的地址總線連接，DSP控制器(21)的數(shù)據(jù)總線接口與片外RAM (22)的數(shù)據(jù)總線連接；DSP控制器(21)的通用I/O接口連接譯碼選擇電路(32)的信號輸入端，所述譯碼選擇電路(32)的信號輸出端連接數(shù)字電位器單元電路(31)的控制信號輸入端； DSP控制器(21)的SPI接口通過SPI總線與每個通道的第一數(shù)字電位器(Rl)的控制信號輸入端和第二數(shù)字電位器(R2)的控制信號輸入端連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于DSP的多路精密可編程電阻模塊，其特征在于:DSP控制器(21)的地址總線接口為16位地址總線接口，數(shù)據(jù)總線接口為16位數(shù)據(jù)總線接口。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于DSP的多路精密可編程電阻模塊，其特征在于:n=32。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于DSP的多路精密可編程電阻模塊，其特征在于:第一數(shù)字電位器(Rl)的最大阻值為200k Ω，第二數(shù)字電位器(R2)的最大阻值為IkQ。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于DSP的多路精密可編程電阻模塊，其特征在于:DSP控制電路(2)中DSP控制器(21)的型號為TMS (32) 0LF2407A。
6.基于DSP的多路精密可編程電阻的控制方法，其特征在于: 接收指令步驟=DSP控制器(21)通過SCI接口接收RS-485轉換電路(I)發(fā)送的指令； 指令分析步驟=DSP控制器(21)將指令傳遞給譯碼選擇電路(32)， 譯碼選擇電路(32)對指令譯碼，將譯碼后的指令傳遞給數(shù)字電位器單元電路(31)，數(shù)字電位器單元電路(31)確定通道和通道的阻值數(shù)據(jù)； 查找大阻值數(shù)據(jù)表步驟:DSP控制器(21)根據(jù)數(shù)字電位器單元電路(31)的通道和阻值的數(shù)據(jù)，在片外RAM (22)中的大阻值數(shù)據(jù)表中查找標校數(shù)據(jù)，確定第一數(shù)字電位器(Rl)的碼值區(qū)間和阻值區(qū)間； 查找小阻值數(shù)據(jù)表步驟:再確定第二數(shù)字電位器(R2)的碼值區(qū)間和阻值區(qū)間； 線性插值處理步驟:對第一數(shù)字電位器(Rl)的阻值區(qū)間和第二數(shù)字電位器(R2)的阻值區(qū)間做線性函數(shù)，獲得第一數(shù)字電位器(Rl)的碼值和第二數(shù)字電位器(R2)的碼值； SPI可編程控制步驟:根據(jù)獲得的第一數(shù)字電位器(Rl)的碼值和第二數(shù)字電位器(R2)的碼值通過SPI接口發(fā)送控制命令給相應的電位器，實現(xiàn)對相應電位器阻值的調整。
【文檔編號】G05B19/042GK103592883SQ201310631971
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年12月2日 優(yōu)先權日:2013年12月2日
【發(fā)明者】趙光權, 喬立巖, 梁軍, 鄒吉煒, 易進 申請人:哈爾濱工業(yè)大學