PSoC 微控制器和 LVDT 测量位置

将LVDT（线性可变差动变压器）连接到微控制器可能具有挑战性，因为LVDT需要交流输入激励和交流输出测量来确定其可移动磁芯的位置（参考文献 1 ).大多数微控制器缺乏专用的交流信号生成和处理能力，因此需要外部电路来生成无谐波、幅度和频率稳定的正弦波信号。将LVDT的输出信号的幅度和相位转换为与微控制器内部ADC兼容的形式通常需要额外的外部电路。

与传统微控制器相比， 赛普拉斯半导体公司 PSoC 微控制器包括用户可配置的逻辑和模拟模块，可简化交流信号的生成和测量。PSoC 设备具有不同寻常的功能，即能够生成模拟信号而无需持续关注 CPU。PSoC 灵活的模拟和数字模块可以驱动 LVDT 并测量其输出，而无需任何外部电路。 图1 显示了LVDT接口的完整电路，以及 图2 显示了 PSoC 微控制器的内部电路块。

图1 单个PSoC可以激励LVDT，将其内核位置数字化，并将数据呈现给外部LCD。


图2 LVDT接口电路需要许多模拟功能。

PSoC 使用成对用户可配置的开关电容模块来实现带通和低通滤波器。通过生成方波并通过个开关电容模块内置的调制器将其施加到 PSoC 开关电容滤波器上，可以创建高质量的正弦波。使方波通过以方波基频为中心的窄带通滤波器可消除大部分谐波。

要从PSoC开关电容带通滤波器获得保真度的正弦波形，请使用尽可能高的过采样率（大约33倍）或每个正弦波周期33步。产生的正弦波足够平滑，可以驱动LVDT，从而衰减任何残留的高次谐波。使用可编程增益放大器调整PSoC的内部基准电压源，可在方波进行滤波之前对其进行粗略控制。为了补偿波形的直流失调电压，放大器缓冲2.6V内部模拟地基准，并驱动一个输出引脚，用作LVDT的模拟地回路。

LVDT的输出由一个可变幅度的正弦波电压组成，其相对于正弦波激励电压的相位角经历一个显着的可变偏移，有时超过180°。来自LVDT的信号驱动PSoC的可编程增益放大器之一，其输出馈送开关电容低通滤波器，然后馈送调制器以进行同步整流。整流信号驱动一个输出引脚和一个PSoC的开关电容ADC。

将LVDT的输出施加到同步整流器，然后施加低通滤波器，产生直流电压，该直流电压可为ADC供电或直接驱动模拟反馈控制系统。在PSoC微控制器中，连接到ADC的低通开关电容滤波器要求相同的采样时钟驱动两个电路，因此PSoC的11位Δ-Σ型ADC的转换速率约为低通滤波器转折频率的一半。同步整流产生的纹波频率是激励频率的两倍，因此更容易用低通滤波器去除。将低通滤波器的转折频率重新定位到激励频率的三分之一，可以将LVDT的输出测量为11位分辨率，标准偏差为1 LSB（有效位）或更低。

将 PSoC 的 24MHz 内部系统时钟与配置为计数器链的逻辑块进行分频，可生成开关电容模拟电路模块所需的所有数字时钟信号。在电源应用或复位后，PSoC 的 CPU 配置所有配置的模拟和数字模块并开始运行。从那时起，硬件激励LVDT并以500个样本/秒的速度测量其输出，而无需CPU的进一步干预。当 PSoC 的 CPU 以 12 MHz 的频率运行时，处理 ADC 的内务管理和中断消耗不到 CPU 资源的 3%。

PSoC的大量资源仍可用于计算LVDT的位置，并在LCD模块上以文本格式显示结果。四个模拟模块、五个逻辑模块和许多I/O引脚仍然可用，以支持要求更高的应用。 图3 显示可用于添加功能的可配置块。

图3 您可以使用未标记的电路块进行扩展。