8 嵌入式硬件体系中的测量控制电路设计

《嵌入式系统硬件设计》教程

第八讲嵌入式硬件体系中的测量控制

电路设计

编著与讲演：怯肇乾

一．知识准备与上述相关讲义的回顾

相关讲义的回顾：嵌入式硬件体系中测量控制电路的作用。

知识准备：模拟电路、数字电路、测量、控制；

二．测量与控制电路的设计概述

测量输入，模拟信号Æ数字信号：信号的采集、放大、隔离、滤波、变换等；

控制输出，数字信号Æ模拟信号：信号的变换、隔离、驱动等。

三．常用信号输入通道的应用设计

1．模拟量：传感器模拟信号Æ隔离放大Æ滤波Æ采样/保持ÆA/D 转换Æ数字量；

1~16Signals

2．开关量：触点信号发生电路Æ

光电隔离Æ数字量；

3．频率/周期测量：模拟信号Æ整形电路Æ放大电路Æ计数电路Æ数字量；

正弦波矩形波计数信号

交流电频率测量电路框图

4．串行脉冲量：计数、捕获定时计数或移位串并转换Æ数字量。

一些不能直接精确测量的物理量，如密度、距离等，为了即精密又简易地测量，多使用传感器或一体化传感器产生脉冲串信号，这种信

号中含有一定精确值的物理意义，对

这类信号的测量常常选用具有合适

位数的带脉冲边沿捕获功能的CPU

微控制器，如MCS52 SCM、C166、

LPC2100等，进行计数捕获，并分析

计算，找出其中隐含的测量值。

脉冲信号的实例，如约8mg的

烟支重量测量时使用的激光核源产

生的三种串行脉冲信号：同步、增量

与密度信号；光栅尺产生的三种串行

脉冲信号：位置与相对位置信号；电

子容栅尺产生的遵守特定规约的串

行脉冲信号；等等。

这种测量类型实际就是：串行脉

冲传感器 + CPU捕获定时/计数器。

5．图像传感器信号量。

图像传感器，多选用CCD或

CMOS传感器，以CMOS传感器为

最常见。

常见CMOS传感器的信号组：

8/16数据信号线；输出信号线：像素

时钟、帧时钟、场时钟；输入信号：

系统时钟、复位、掉电保持、捕获等。

这些信号可以直接相连大多数

SCM。右图中USB摄像头的原理图，

CY7C068013是含有增强51内核与FIFO功能的USB2.0控制器，CMOS可是OV的OV6650、OV9620、OV2210、OV2310等。四．常见控制输出通道的应用设计

1．模拟量：数字量ÆDA转换Æ驱动输出；

⑵开关量：数字量Æ隔离Æ驱动输出。

五．语音信号的采集与输出

该类应用，多选用自带滤波器的AD/DA集成IC，即PCM CODEC with Filter。如TI的TLC3404X、TCM29C1X，Motorola的MC1455X、MC14LC548等。下面是TLC3404X与MC1455X的构成框图。使用这类器件直接配上喇叭、话筒就可以得到编码的数字信号或将数字信号进行语音解码输出。

六．设计体验：

1．试分析以下的输入与输出通道。

2．模拟量与开关量测量通道设计

七．小结：如何构建测量与控制电路

八．学习与思考：怎样为三相电子电度表设计电流与电压测量通道与漏电保护通道？

怯肇乾，2004-9-7