gessle
24-11-09, 11:43
Familia de microcontrolere cu consum energetic foarte mic MSP430 de la Texas Instruments constă din dispozitive care prezintă diferite seturi de periferice, care ţintesc diverse aplicaţii. Seria MSP430FE42x, in special, sunt configuraţii de microcontrolere cu trei convertoare sigma delta de 16-biţi independente şi nucleu de procesor de semnal, utilizat pentru măsurarea şi calculul energiei mono-fază in configuraţiile de 2 şi 3 fire. In următoarea aplicaţie, convertoarele integrate sigma delta sunt utilizate pentru a dezvolta un multimetru digital de mare precizie (Digital Multi Meter - DMM). Consumul de curent in modul activ este de numai 400mA la activitatea CPU de 1MHz. DMM-ul este proiectat pentru măsurători de tensiune, curent şi temperatură de mare precizie. In plus, această aplicaţie este echipată cu caracteristici esenţiale. DMM-ul combină funcţii de auto-scalare, funcţie de offset, auto-calibrare şi funcţie de economisire energetică pentru modul de aşteptare la alimentarea pe baterii. De asemenea, o referinţă de tensiune de precizie de la Texas Instruments, REF5025, este asamblată pe placă pentru a obţine o rezoluţie mai mare in toate funcţiile de măsurare.
Următoarele module MCU sunt utilizate in această aplicaţie.
A) Oscilatorul şi ceasul sistemului
B) Convertorul Sigma Delta SD16A
C) Interfaţa SPI pentru drive-ul LCD
A) O scurtă descriere a oscilatorului şi a ceasului sistemului
Sistemul de ceas din familia MSP430FE42x de dispozitive este suportat de modulul FLL+ care include suport pentru un oscilator cu cristal de ceas de 32768Hz, un DCO (digitally-controlled oscillator) intern şi un oscilator cu cristal de frecvenţă ridicată. Sistemul de ceas FLL+ este proiectat să indeplinească cerinţele atat pentru cost redus al sistemului cat şi pentru consum scăzut de putere. In această aplicaţie oscilatorul este alimentat de la un cristal de 4MHz extern şi sistemul de ceas este programat să suporte 4MHz la ceasul auxiliar (ACLK) şi 8MHz la ceasul principal (MCLK). ACLK este utilizat de către modulul de convertor sigma delta, iar MCLK suportă unitatea centrală de procesare (CPU). Codul in limbaj de asamblare al aplicaţiei este localizat pe flash. Sistemul de ceas ACLK ar trebui să funcţioneze in modul de frecvenţă ridicată, acest lucru se intamplă cu instrucţiunea registrului de control MOV #040h,&FLL_CTL0.
FLL+ furnizează 8MHz cu următoarea instrucţiune MOV #01h,&SCFQCTL.
Formula frecvenţei de ceas MCLK este exprimată prin: FDCO= (N+1) * fCristal.
B) Descrierea modulului SD16A
Modulul SD16A constă din pană la trei convertoare sigma delta independente şi o referinţă internă de tensiune. Fiecare canal este echipat complet cu intrări multiplexate diferenţiale. Canalul 0 este utilizat pentru măsurători de curent, canalul 1 pentru cele de tensiune şi canalul 2 pentru cele de temperatură. PGA-ul (Programmable Gain Amplifier) embedded pentru fiecare canal de intrare este foarte important pentru un domeniu larg de măsurători. PGA este programabil de la Gain 1 pană la Gain 32, fiind disponibilă şi o selecţie de OSR-uri (Over Sampling Ratios) diferite de pană la 1024. Scala completă a domeniilor de tensiuni de intrare pentru fiecare pereche de intrări analogice este dependentă de configurarea caştigului PGA-ului. Scala maximă de domenii este ±VFSR.
Modulul SD16A are o referinţă de tensiune integrată de 1,2V care poate fi utilizată pentru fiecare canal şi este permisă de bitul SD16REFON. Cand se utilizează referinţa internă, este recomandată utilizarea unui condensator extern de 100nF conectat de la VREF la AVSS pentru a reduce orice zgomot. O referinţă externă de tensiune de precizie foarte ridicată REF5025 (2,5V) de la Texas Instruments şi un divizor de tensiune de precizie ridicată sunt utilizate in această aplicaţie pentru a furniza 1,2V la pinul VREF. Versiunea de calitate ridicată a REF5025 oferă o precizie foarte puternică a tensiunii de ±0,05%.
C) Descrierea modulului SPI (Serial Peripheral Interface)
Matricea de pixeli 48x84 ai LCD-ului utilizat necesită o comunicaţie SPI, astfel că este programat un master de 8-biţi in configuraţie de 3-pini. Modulul SPI embedded furnizează ceasul SPI la pinul 44, iar SOMI (slave out/master in) şi SIMO (slave in/master out) la pinul 46, respectiv pinul 47. Master-ul iniţiază transferul de date către LCD prin trimiterea UCLK (ceasul SPI). Toate funcţiile DMM-ului cum sunt tensiunea, curentul şi temperatura sunt afişate pe matricea de pixeli. In plus, toate caracteristicile speciale cum sunt calibrarea, auto-scalarea şi inchiderea automată il informează de asemenea pe utilizator.
Descrierea aplicaţiei
Placa de aplicaţie este echipată cu microcontroler, şase comutatoare, o matrice de pixeli LCD, o referinţă de tensiune externă şi o interfaţă JTAG. Microcontrolerul are trei intrări complet diferenţiale. Canalul 0 al convertorului sigma delta constituie canalul curent, care impreună cu o rezistenţă de inaltă precizie (R10) cu toleranţă de 0,01% permit realizarea măsurării. Rezistenţa (R10) este localizată pe canalul analogic 0.
Canalul 1 este utilizat pentru măsurarea tensiunii şi canalul 2 este responsabil pentru determinarea temperaturii. Referinţa de tensiune necesară oferă o precizie foarte ridicată a temperaturii de ±0,05%. Conectorul JTAG este necesar pentru programarea MCU-ului MSP430FE427A. Cu ajutorul butonului T1 DMM-ul poate fi pornit sau oprit. Dacă comutatorul T2 este apăsat, atunci este activat modul de măsurare a tensiunii. In acelaşi mod, măsurarea de curent poate fi executată cu T3. Funcţia de temperatură este activată cu T4. Pot fi realizate măsurări de temperatură de precizie ridicată cu o soluţie competitivă din punct de vedere al costului. Un regulator de curent stabilizat şi un Pt1000 sunt integrate pe placă. Precizia este de ±0,5°C peste domeniul intreg de temperaturi. Căderea de tensiune de pe PT1000 este furnizată la intrarea analogică pe canalul 2 al modulului SD16A. Funcţia de offset poate fi selectată cu comutatorul T5. Acest lucru inseamnă să se ia in considerare orice lungime a cablului, atat pentru modul de măsurare a tensiunii cat şi cel pentru curent. Cand apar defectări neaşteptate, butonul T6 ajută la reiniţializarea dispozitivului. O altă funcţie importantă este necesară pentru calibrarea caştigului, dar funcţia CAL pentru fiecare caştig este ascunsă intenţionat. Dacă ambele butoanele T2 şi T4 sunt apăsate simultan, atunci este activat modul de calibrare. Astfel, o sursă de inaltă precizie trebuie să fie disponibilă pentru a alimenta valori definite de curent şi tensiune pentru a calibra caştigurile. Fiecare nivel de calibrare necesar este prezentat in matricea de pixeli. Procedura CAL ar trebui realizată anual pentru a garanta o precizie ridicată. DMM-ul operează in modul de tensiune şi cel de curent cu precizii ridicate de măsurare.
Pentru a evita perturbaţiile pe parcursul intregii vieţi a conversiei analog-digitale, activitatea CPU-ului se opreşte. De ce este nevoie pentru a se obţine o precizie mare de măsurare? In primul rand, trebuie să fie disponibile: un convertor sigma delta cu liniaritate ridicată, un amplificator de intrare programabil, un OSR ridicat şi o referinţă stabilă de tensiune. Toate aceste caracteristici contribuie la dezvoltarea unui DMM de precizie ridicată.
Următoarele domenii de măsurare sunt acoperite de placa de aplicaţie DMM:
- 100ľV pană la 500mV, ±1LSB
- 100ľA pană la 500mA ,±1LSB
- -40°C pană la +85°C, ±0,5°C
Exemplu de măsurare
Precizia aplicaţiei de 0,0015% este disponibilă după o scurtă perioadă de “incălzire”. OSR ridicat, funcţia de aproximare a conversiei şi determinarea referinţei de tensiune ajută la obţinerea acestei performanţe ridicate. Sunt disponibile şi alte caracteristici suplimentare. De exemplu, dacă tensiunea bateriei scade, apare informarea utilizatorului “Rugăm schimbaţi bateria”. Dacă nu are loc nici o activitate, adică dacă nici un buton nu este apăsat timp de 10 minute, sistemul intră in LPM4 (Low Power Mode) pentru a economisi bateria. Dar inainte ca sistemul să fie comutat la acest mod, referinţa externă de tensiune REF5025 şi LCD-ul sunt oprite pentru a garanta o utilizare mai bună a bateriei şi un mod de aşteptare mai indelung. Modul LPM4 este un garant al eficienţei energetice, in acest mod consumul de curent fiind 100nA.
http://www.esp2000.ro/images/article/263/thumb_320/6250_ti_ea0809_multimetru_digital_fig_1.jpghttp://www.esp2000.ro/images/article/263/thumb_320/6250_ti_ea0809_multimetru_digital_fig_2.jpghttp://www.esp2000.ro/images/article/263/thumb_320/6250_ti_ea0809_multimetru_digital_fig_3.jpghttp://www.esp2000.ro/images/article/263/thumb_320/6250_ti_ea0809_multimetru_digital_fig_4.jpg
http://www.qtl.co.il/img/copy.png
Următoarele module MCU sunt utilizate in această aplicaţie.
A) Oscilatorul şi ceasul sistemului
B) Convertorul Sigma Delta SD16A
C) Interfaţa SPI pentru drive-ul LCD
A) O scurtă descriere a oscilatorului şi a ceasului sistemului
Sistemul de ceas din familia MSP430FE42x de dispozitive este suportat de modulul FLL+ care include suport pentru un oscilator cu cristal de ceas de 32768Hz, un DCO (digitally-controlled oscillator) intern şi un oscilator cu cristal de frecvenţă ridicată. Sistemul de ceas FLL+ este proiectat să indeplinească cerinţele atat pentru cost redus al sistemului cat şi pentru consum scăzut de putere. In această aplicaţie oscilatorul este alimentat de la un cristal de 4MHz extern şi sistemul de ceas este programat să suporte 4MHz la ceasul auxiliar (ACLK) şi 8MHz la ceasul principal (MCLK). ACLK este utilizat de către modulul de convertor sigma delta, iar MCLK suportă unitatea centrală de procesare (CPU). Codul in limbaj de asamblare al aplicaţiei este localizat pe flash. Sistemul de ceas ACLK ar trebui să funcţioneze in modul de frecvenţă ridicată, acest lucru se intamplă cu instrucţiunea registrului de control MOV #040h,&FLL_CTL0.
FLL+ furnizează 8MHz cu următoarea instrucţiune MOV #01h,&SCFQCTL.
Formula frecvenţei de ceas MCLK este exprimată prin: FDCO= (N+1) * fCristal.
B) Descrierea modulului SD16A
Modulul SD16A constă din pană la trei convertoare sigma delta independente şi o referinţă internă de tensiune. Fiecare canal este echipat complet cu intrări multiplexate diferenţiale. Canalul 0 este utilizat pentru măsurători de curent, canalul 1 pentru cele de tensiune şi canalul 2 pentru cele de temperatură. PGA-ul (Programmable Gain Amplifier) embedded pentru fiecare canal de intrare este foarte important pentru un domeniu larg de măsurători. PGA este programabil de la Gain 1 pană la Gain 32, fiind disponibilă şi o selecţie de OSR-uri (Over Sampling Ratios) diferite de pană la 1024. Scala completă a domeniilor de tensiuni de intrare pentru fiecare pereche de intrări analogice este dependentă de configurarea caştigului PGA-ului. Scala maximă de domenii este ±VFSR.
Modulul SD16A are o referinţă de tensiune integrată de 1,2V care poate fi utilizată pentru fiecare canal şi este permisă de bitul SD16REFON. Cand se utilizează referinţa internă, este recomandată utilizarea unui condensator extern de 100nF conectat de la VREF la AVSS pentru a reduce orice zgomot. O referinţă externă de tensiune de precizie foarte ridicată REF5025 (2,5V) de la Texas Instruments şi un divizor de tensiune de precizie ridicată sunt utilizate in această aplicaţie pentru a furniza 1,2V la pinul VREF. Versiunea de calitate ridicată a REF5025 oferă o precizie foarte puternică a tensiunii de ±0,05%.
C) Descrierea modulului SPI (Serial Peripheral Interface)
Matricea de pixeli 48x84 ai LCD-ului utilizat necesită o comunicaţie SPI, astfel că este programat un master de 8-biţi in configuraţie de 3-pini. Modulul SPI embedded furnizează ceasul SPI la pinul 44, iar SOMI (slave out/master in) şi SIMO (slave in/master out) la pinul 46, respectiv pinul 47. Master-ul iniţiază transferul de date către LCD prin trimiterea UCLK (ceasul SPI). Toate funcţiile DMM-ului cum sunt tensiunea, curentul şi temperatura sunt afişate pe matricea de pixeli. In plus, toate caracteristicile speciale cum sunt calibrarea, auto-scalarea şi inchiderea automată il informează de asemenea pe utilizator.
Descrierea aplicaţiei
Placa de aplicaţie este echipată cu microcontroler, şase comutatoare, o matrice de pixeli LCD, o referinţă de tensiune externă şi o interfaţă JTAG. Microcontrolerul are trei intrări complet diferenţiale. Canalul 0 al convertorului sigma delta constituie canalul curent, care impreună cu o rezistenţă de inaltă precizie (R10) cu toleranţă de 0,01% permit realizarea măsurării. Rezistenţa (R10) este localizată pe canalul analogic 0.
Canalul 1 este utilizat pentru măsurarea tensiunii şi canalul 2 este responsabil pentru determinarea temperaturii. Referinţa de tensiune necesară oferă o precizie foarte ridicată a temperaturii de ±0,05%. Conectorul JTAG este necesar pentru programarea MCU-ului MSP430FE427A. Cu ajutorul butonului T1 DMM-ul poate fi pornit sau oprit. Dacă comutatorul T2 este apăsat, atunci este activat modul de măsurare a tensiunii. In acelaşi mod, măsurarea de curent poate fi executată cu T3. Funcţia de temperatură este activată cu T4. Pot fi realizate măsurări de temperatură de precizie ridicată cu o soluţie competitivă din punct de vedere al costului. Un regulator de curent stabilizat şi un Pt1000 sunt integrate pe placă. Precizia este de ±0,5°C peste domeniul intreg de temperaturi. Căderea de tensiune de pe PT1000 este furnizată la intrarea analogică pe canalul 2 al modulului SD16A. Funcţia de offset poate fi selectată cu comutatorul T5. Acest lucru inseamnă să se ia in considerare orice lungime a cablului, atat pentru modul de măsurare a tensiunii cat şi cel pentru curent. Cand apar defectări neaşteptate, butonul T6 ajută la reiniţializarea dispozitivului. O altă funcţie importantă este necesară pentru calibrarea caştigului, dar funcţia CAL pentru fiecare caştig este ascunsă intenţionat. Dacă ambele butoanele T2 şi T4 sunt apăsate simultan, atunci este activat modul de calibrare. Astfel, o sursă de inaltă precizie trebuie să fie disponibilă pentru a alimenta valori definite de curent şi tensiune pentru a calibra caştigurile. Fiecare nivel de calibrare necesar este prezentat in matricea de pixeli. Procedura CAL ar trebui realizată anual pentru a garanta o precizie ridicată. DMM-ul operează in modul de tensiune şi cel de curent cu precizii ridicate de măsurare.
Pentru a evita perturbaţiile pe parcursul intregii vieţi a conversiei analog-digitale, activitatea CPU-ului se opreşte. De ce este nevoie pentru a se obţine o precizie mare de măsurare? In primul rand, trebuie să fie disponibile: un convertor sigma delta cu liniaritate ridicată, un amplificator de intrare programabil, un OSR ridicat şi o referinţă stabilă de tensiune. Toate aceste caracteristici contribuie la dezvoltarea unui DMM de precizie ridicată.
Următoarele domenii de măsurare sunt acoperite de placa de aplicaţie DMM:
- 100ľV pană la 500mV, ±1LSB
- 100ľA pană la 500mA ,±1LSB
- -40°C pană la +85°C, ±0,5°C
Exemplu de măsurare
Precizia aplicaţiei de 0,0015% este disponibilă după o scurtă perioadă de “incălzire”. OSR ridicat, funcţia de aproximare a conversiei şi determinarea referinţei de tensiune ajută la obţinerea acestei performanţe ridicate. Sunt disponibile şi alte caracteristici suplimentare. De exemplu, dacă tensiunea bateriei scade, apare informarea utilizatorului “Rugăm schimbaţi bateria”. Dacă nu are loc nici o activitate, adică dacă nici un buton nu este apăsat timp de 10 minute, sistemul intră in LPM4 (Low Power Mode) pentru a economisi bateria. Dar inainte ca sistemul să fie comutat la acest mod, referinţa externă de tensiune REF5025 şi LCD-ul sunt oprite pentru a garanta o utilizare mai bună a bateriei şi un mod de aşteptare mai indelung. Modul LPM4 este un garant al eficienţei energetice, in acest mod consumul de curent fiind 100nA.
http://www.esp2000.ro/images/article/263/thumb_320/6250_ti_ea0809_multimetru_digital_fig_1.jpghttp://www.esp2000.ro/images/article/263/thumb_320/6250_ti_ea0809_multimetru_digital_fig_2.jpghttp://www.esp2000.ro/images/article/263/thumb_320/6250_ti_ea0809_multimetru_digital_fig_3.jpghttp://www.esp2000.ro/images/article/263/thumb_320/6250_ti_ea0809_multimetru_digital_fig_4.jpg
http://www.qtl.co.il/img/copy.png