DSP'ye Giriş Sensörler ve Akıcılar ile Etkileşim
Dijital Signal Processors (DSP), yüksek hızlı sayısal hesaplamalarda öne çıkan ve endüstriyel motor kontrollerinden oluşan bir köprüyü oluşturmak için tasarlanmıştır.Bu, DSP'yi dış sensörler ve eylemcileri harekete geçirme, akıllı ortamlara yanıt veren gerçek zamanlı uygulamaları geri kemiği haline getirir.
DSP Interface Seçenekleri
DSPs, fiziksel dünya ile değişen verileri birden çok yol sunar. arayüzün seçimi sensör veya eylemcinin doğasına bağlıdır - analog vs. dijital, gerekli bant genişliği, güç kısıtlamaları ve sistem karmaşıklığı. birincil arayüz kategorileri analog dönüştürücüler (ADCs ve DACs), dijital iletişim otobüsleri ve genel amaçlı I/O (GPIO)
Analog-to Digital ve Digital-toAnalog-Masss
Analog sensörler sürekli olarak farklı gerilimler veya mevcutlar. Bu sinyalleri dijital olarak işlemek için, DSP bir analog-to-Dijital (ADC) ile bir platformda bir araya gelmeli (bitler), örnekleme oranı, yüksek çözünürlük aralığı ve sinyal-to-noise oranı (SNR) için, DSP'nin birçok endüstriyel sensör uygulamaları için hız ve karar vermeleri arasında iyi bir denge sağlar.
Dijital İletişim Protokolü
Daha da önemlisi, sensörler ve eylemciler, gürültü bağışıklığı basitleştiren dijital arayüzleri birleştirirler. gömülü sistemlerdeki üç baskın protokol I2C, SPI ve UART.
- [FONT=0)I2C (Inter-Integrated Circuit): ), iki kablo otobüsü (SDA, SCL) birçok köleyi destekleyen, düşük seviyeli hız uygulamaları için idealdir (tipik olarak 1 Mbps'ye kadar hızlı bir şekilde) bir sıcaklık sensörü veya bir hız testi gibi. I2C adresleme ve kabul eder ve kabul eder, birkaç periferik sistemler için basit hale getirmek için dikkatli olun.
- [Sırık Peripheral Interface): [Dönetici: 0,4 inç tam donanımlı bir otobüs (MOSI, MISO, SCK, CS) hızlarını 50 MHz'den fazla arttırabilecek ayrı bir çip gerektirir. SPI yüksek seviyeli sensörler (e.g., yüksek hızlı ADCs, sabit ölçüm birimleri) çünkü her köle daha düşük bir yük dengeleme hattı gerektirir.
- [Üye Olmayanlar İçin Tıklayınız: 0 ) UART (Üye Olmayanlar Asynchronous Alıcı-Transmitter): ), ek protokol katmanları olmadan çok sayıda iki kablosuz arayüz (TX, RX) için kullanılan.UART, DSP'leri Bluetooth modüllere bağlayan için yaygındır, GPS alıcılarına veya debugging terminallerine bağlanmak için yaygındır.
GeneralPurpose I/O ve Pulse-Width Modulation
Birçok eylemci, kontrol veya değişken güç teslimatı konusunda basit bir şekilde ihtiyaç duyar. GPIO pins LED'leri, röpek motorlarının parlak konumlarını veya uygun tamponlarla korunan küçük parlatları otomatik olarak alır. Pulse-size modulation (PWM) yüksek çözünürlükte bir kare dalga oluşturur.
Analog Sensörleri DSP'ye Bağlamak
Analog sensör sinyalleri nadiren temiz veya ADC girişi için doğru gerilim seviyesindedir. Proper sinyal kablosu, sensör ve DSP arasındaki kritik bağlantıdır.
Signal Duruming Essentials
Çoğu analog sensörler üç işleme aşaması gerektirir: amplifikasyon, filtreleme ve seviye değişimi.
- [FONT:0)Amplification: [Dönetici: [Dönder: 0-3.3 V veya ±5 V) Bir enstrümantasyon yüksek ortak mod reddedilmesi ve düşük gürültüyü sağlar. Örneğin AD620, ADC'nin tam ölçekli giriş aralığına kıyasla klasik bir seçimdir (örneğin, 0-3.3 V veya ±5 V).
- [FONT=0]Anti-Aliasing Filtering Filtering:[Dönetici: 0 ) ADC yüksek frekanslı gürültüyü kaldıran ve kesme frekansının yarıdan önce ayarlanması gerekir.[Dönderlik:2][/Dönetici).
- [FONT=0)Level Shifting:[Dönlendirme:[Dönlendirme:[Dönlendirme:[Dönlendirme:0)[Dönlendirme:[Dönlendirme)) Bir DC ayar 0-3.3 V veya bir diferansiyel ADC doğrudan ikiyüzlü girişleri kabul edebilir.
Pratik Örnek: Bir Termo çiftliği Interface
Bir tipK termo çift, yaklaşık 41 μV /°C'nin bir gerilim değişikliği üretir, bu sinyal, tipik bir 3.3 V ADC için çok küçüktir. 10 Hz'un kesmesi ile basit bir filtre, DSP'nin 12. maddesini kullanarak 8 °C'ye kadar kullanışlı bir 0-5 V çıkışı sağlar.
ADC Konfüçyü ve Sampling
Durumlu analog sinyal DSP'nin ADC pin'ine ulaştığında, dönüştürücü doğru şekilde yapılandırılmalıdır. Bu, CPU müdahalesi olmadan birden çok kanalı oluşturan otomatikleştirme modlarını içermektedir ve DSP'nin DMA cihazını doğrudan hafızaya aktarmayı kontrol etmeyi dikkate alır.
Interface Digital Sensörs
Dijital sensörler ADC ve arayüz mantığını entegre ederek donanımı basitleştirir. Standart otobüsler üzerinden iletişim kurarlar, bu da pin count ve gürültü algılamasını azaltır.
I2C'yi Çevre Sensing için Kullanımı
BME280 sensörü (Bosch) SDA ve SCL'de 10 kAND'a karşı çıkan popüler bir kombinasyondur. DSP'ye bağlantı kurarken, DSP'nin otomatik olarak ayarlanması gerekir.DSP'nin otomatik olarak ayarlanması gereken süre boyunca ayarlanan veya kontrol noktalarına göre 10 kULLAH'a kadar bir satır kesmesi gerekir.
SPI ile Yüksek Hız Kazanımı
DSP'nin SPI modülünün doğru saate göre 32 örnek olması gerekir (CPOL, CPHA) sensörün veri tablosunu kullanarak bir FIFO tamponunu kullanarak, DSP'de önemli ölçüde azaltılması için sensör üzerinde bir FIFO tamponunu kullanarak. Örneğin, ADXL345, iç FIFO'nun 32 örneği oluşturabilir; bir eşiğine ulaştıktan sonra, DSP'nin tüm blokunu tek bir SPI işlemine ulaştıktan sonra, DSP'nin tamamını önemli ölçüde daha düşük bir şekilde düşürdü.
UART Dış Modüller için Bağlanma
Birçok GPS alıcıları, kablosuz transceivers (Mavitooth, LoRa), ve seri-out optik sensörler UART üzerinde veri toplama. DSP'nin UART, uygun bir baud oranı (örneğin, 115200 bps) ve framing (8N1) ile yapılandırılmalıdır. Uzun mesafe boyunca, yüksek ücretli bir UART'ı kullanarak gürültü bağışıklığı artırmak için bir RS-485 transçetre kullanın.
Bir DSP'den araba çıkartmaları
Aklıtlar elektrik sinyalleri mekanik hareket, ısı, ışık veya diğer fiziksel eylemlere dönüştürür. DSP'nin çıkışı, mevcut ve zamanlama gereksinimleriyle karşı karşıya kalmak için şartlanmalıdır.
GPIOControlled On /Off Rotas
LED'ler, buzzers veya küçük bir optoparatörleri doğrudan bir GPIO pin'den yönlendirilebilir, mevcut DSP'lerin derecelendirmeleri (tipik olarak 5 mA'dan daha az). Daha yüksek akımlar için, bir N-channel MOSFET veya bir Darlington transistör (örneğin, ULN2003) her zaman DSP'nin uçsuz yükleri (relays, optiği) arasında bir sinek geri dönüş diyotunu içerir.
PWM Değişken-Speed Motors ve Zer
Fırça tipi DC motorlar PWM sinyalleri ile verimli bir şekilde kontrol edilir. Tipik bir kurulum, H-bridge sürücüsü (örneğin, L298N, DRV8833) hem hız hem de yön kontrol etmek için. DSP'nin PWM zamanır, çok yüksek PWM frekanslarında aşırı geçişten kaçınmak için alınmalıdır.
Stepper Motor Kontrolü
Stepper motorları doğru konuma ulaşmak için kesin dijital pullar gerektirir. DSP'ler pozisyon doğrulamak için adım ve yön sinyalleri üretebilir ve sonra bir mikro adım adım atmak için bir mikro adım atar (örneğin, A4988).
Analog DAC ile İlişki
Bazı aktüatörler, orantılı valfler veya analog-input motor kontrolörleri gibi, sürekli bir gerilim veya mevcut sinyal gerektirir. A DSP'nin entegre DAC (veya SPI ile bağlantılı bir dış DAC) 0-10 V veya 4-20 mA sinyalini üretebilir.
Gelişmiş Entegrasyon Teknikleri
Talep edilen uygulamalarda yüksek performans elde etmek için mühendisler ileri DSP özelliklerini kullanmalıdır.
Data Streaming için Doğrudan bellek Erişimi (DMA)
DMA, periferik (ADC, SPI, UART) verileri doğrudan sürekli CPU müdahalesi olmadan hafızadan veya hafızadan transfer etmek için izin verir. Örneğin, DSP, gerçek zamanlı kontrol döngülerini sürekli olarak azaltabilir ve sonuçları 100 kSPS'de daha yüksek bir kanalda sunar. CPU, yarı zamanlı olarak yangınlar sırasında sadece bir hata işlemine ihtiyaç duyar.
InterruptDriven I/O for Event-Based Systems
DSP'nin bir olay meydana gelene kadar başka görevleri yerine getirmesine izin veren sensörler (örneğin, hareket algılaması, eş geçiş) kısa tutulması gerekir - genellikle bir bayrak ayarlayarak ve ana döngü işlemi doğru bir şekilde kesintiye uğratmaya izin verin (örneğin, DSP'nin kesinti kontrol kontrol cihazı) kritiktir: kontrol döngüsü için kullanılan bir zaman kesintisi, bir sensör verisi için daha yüksek öncelikli olmalıdır.
Sensör Fusion ve Dijital Filtreleme
Birçok uygulama, DSP. Digital filtreleme (e.g., ortalama, IIR düşük seviyeli) yazılımda daha temiz sensör verileri için bir başlangıç noktası sağlar. DSP'nin hızlı bir şekilde çoğaltılması için bu algoritmaların sabit bir filtre veya tamamlayıcı filtreyi kullanır.The DSP's fast-mporator data using a Kalman filterly effective.Insable resources like DSPT:0Conlog Devices's sensör füzyon kütüphanesi[FLT]
KapalıLoop Kontrolü
Sensörler, eylemcinin çıkışı hakkında geri bildirimde bulunulduğunda, bir ısıtma elemanının PID kontrol döngüsü mümkündür. Örneğin, bir sıcaklık kontrol cihazı bir termo çift (sensor), kontrol döngüsüni mevcut kontrol için 10 μs kadar ayarlayabilir.
Robust DSP-Sensor-Actuator Systems için en iyi uygulamalar
İyi tasarlanmış bir arayüz, elektrik gürültü, güç dalgalanmaları ve fiziksel strese dayanmalıdır.
Güç Supply and Decoupling
Sensörler ve DSPler, her IC'nin güç pimlerine mümkün olduğunca yakın olan 100 nF seramik kapasitör, daha büyük 10 μF elektrolitik kapasitör kullanarak, karma tasarımlar için zemini analog ve dijital bölümlere ayırarak, onları ADC yakınında tek bir noktada bağlantıya bağlamaktadır.
Signal Isolationtion
Endüstriyel ortamlarda, galvanic izolasyonu, DSP'yi yüksek gerilimlerden veya zemin döngülerinden korumak için gerekli olabilir. Dijital isolators (e.g., ISO7241) SPI veya UART hatlarında kullanılabilir. analog sinyaller için, izole edilmiş yükselteçler veya ADCs (e.g., ISOADC) geçici olaylar sırasında hasarları önlemeye yardımcı olur.
ESD ve Overvoltage Protection
Dış konektörler, estatik deşarj (ESD) ve gerilim aksaklarını devretmelerini içerecek şekilde TVS diyotları içermelidir. Diziler sinyal hatlarında (100 GU'ya 1 kULL) mevcut hataların sırasında limit edebilir.Aktif güç hatları genellikle füzyon veya sıfırlanmamış polifüzyon gerektirir.
Firmaware Validation
Sistem entegrasyonundan önce her arayüzü test edin. Sensör değerleri okumak ve eylemci çıktıları belirlemek için ayrı işlevleri yazın ve kontrol çemberleri için DSP'yi sıfırlamak için izin verin.
Sonuç ve Daha Fazla Kaynaklar
Dış sensörler ve eylemcilerle bir DSP'yi ara, dikkatli donanım seçimi, sinyallendirme, protokol yapılandırması ve bilgisayar tasarımı gerektiren çok yönlü bir meydan okumadır.Her arayüzün güçlü yönleriyle - analog sinyalleri için ADCs, dijital otobüsler, PWM ve DACs'ler kesin eylem için - gerçek dünyadaki uygulamalardaki mühendisler, doğru ve sağlam sistemler oluşturabilir.
Daha fazla çalışma için, üreticilerin başvuru notlarına atıfta bulunun, örneğin:0)Texas Instruments'ın “DSPs'e yönelik Analog Sensörleri” (SPRAA88)) ve [[UART, SPI ve I2C Application Note” (AN1166). Gerçek zamanlı kontroller gibi platformlarda online dersler el ele geçirgen testlerle birleştirilebilir bir şekilde birleştirilebilir.