基于dsp的多路精密可编程电阻模块及其控制方法
【专利摘要】基于DSP的多路精密可编程电阻模块及其控制方法，涉及一种可编程模块及其控制方法。它是为了解决传统的可编程电阻模块集成度低，使用寿命不长的问题。本发明充分利用DSP的SPI外设接口来控制数字电位器从而实现可变的电阻输出，可以达到32路的可编程电阻输出，输出范围2kΩ至200kΩ，阻值精度优于100Ω，步进小，最小步进间隔为4Ω。实现了集小型化，高集成度，同比提高了20%，使用寿命长，同比提高了一倍以上。本发明适用于一种可编程模块及其控制方法。
【专利说明】基于DSP的多路精密可编程电阻模块及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可编程模块及其控制方法。
【背景技术】
[0002]电阻几乎是所有电路系统中必不可少的一个部分，同时特殊的电阻还可以作为传感器来使用。在电路系统中一个电阻值的改变往往可以使电路的特性发生很大的改变，而在一些电阻型传感器中，其表征被测量的输出就是可变的电阻。所以不论是从控制电路特性的角度还是模拟一些特殊的传感器的角度我们都希望实现电阻的可编程控制。
[0003]传统的可编程电阻模块主要由电阻阵列和开关阵列组成，利用开关选择电阻阵列的方式，从而实现不同的电阻阻值输出。传统的可编程电阻模块主要由继电器阵列和精密电阻阵列组成，此方法由于继电器体积较大，一个模块只能实现几路可编程电阻输出从而导致集成度低，而由于利用继电器为开关，继电器的寿命大大制约了整个模块的使用寿命，在实际工程中的应用有着很多的制约因素。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决传统的可编程电阻模块集成度低，使用寿命不长的问题，进而提供了基于DSP的多路精密可编程电阻模块及其控制方法。
[0005]基于DSP的多路精密可编程电阻模块，它包括RS-485转换电路1、DSP控制电路2和可编程电阻电路3 ；
[0006]DSP控制电路2包括DSP控制器21和片外RAM22 ；
[0007]可编程电阻电路3包括数字电位器单元电路31和译码选择电路32 ；
[0008]数字电位器单元电路31有η个通道，每个通道包括第一数字电位器Rl和第二数字电位器R2，第一数字电位器Rl和第二数字电位器R2串联在一起形成可变电阻，η为大于2的正整数；
[0009]外部的数据讯号通过RS-485总线连接到RS-485转换电路I的信号输入端，所述RS-485转换电路I的信号输出端连接在DSP控制器21的SCI接口上；
[0010]DSP控制器21的地址总线接口与片外RAM22的地址总线连接，DSP控制器21的数据总线接口与片外RAM22的数据总线连接；DSP控制器21的通用I/O接口连接译码选择电路32的信号输入端，所述译码选择电路32的信号输出端连接数字电位器单元电路31的控制信号输入端；
[0011]DSP控制器21的SPI接口通过SPI总线与每个通道的第一数字电位器Rl的控制信号输入端和第二数字电位器R2的控制信号输入端连接。
[0012]基于DSP的多路精密可编程模块的控制方法，
[0013]接收指令步骤:DSP控制器21通过SCI接口接收RS-485转换电路I发送的指令；
[0014]指令分析步骤:DSP控制器21将指令传递给译码选择电路32，
[0015]译码选择电路32对指令译码，将译码后的指令传递给数字电位器单元电路31，数字电位器单元电路31确定通道和通道的阻值数据；
[0016]查找大阻值数据表步骤:DSP控制器21根据数字电位器单元电路31的通道和阻值的数据，在片外RAM22中的大阻值数据表中查找标校数据，确定第一数字电位器Rl的码值区间和阻值区间；
[0017]查找小阻值数据表步骤:再确定第二数字电位器R2的码值区间和阻值区间；
[0018]线性插值处理步骤:对第一数字电位器Rl的阻值区间和第二数字电位器R2的阻值区间做线性函数，获得第一数字电位器Rl的码值和第二数字电位器R2的码值；
[0019]SPI可编程控制步骤:根据获得的第一数字电位器Rl的码值和第二数字电位器R2的码值通过SPI接口发送控制命令给相应的电位器，实现对相应电位器阻值的调整。
[0020]本发明充分利用DSP的SPI外设接口来控制数字电位器从而实现可变的电阻输出，可以达到32路的可编程电阻输出，输出范围2k Ω?200k Ω，阻值精度优于100 Ω，步进小，最小步进间隔为4Ω。实现了集小型化，高集成度，同比提高了 20%，使用寿命长，同比提高了一倍以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为基于DSP的多路精密可编程电阻模块的整体结构示意图；
[0022]图2为基于DSP的多路精密可编程模块的控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0023]【具体实施方式】一:下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的基于DSP的多路精密可编程电阻模块，它包括RS-485转换电路1、DSP控制电路2和可编程电阻电路3 ；
[0024]DSP控制电路2包括DSP控制器21和片外RAM22 ；
[0025]可编程电阻电路3包括数字电位器单元电路31和译码选择电路32 ；
[0026]数字电位器单元电路31有η个通道，每个通道包括第一数字电位器Rl和第二数字电位器R2，第一数字电位器Rl和第二数字电位器R2串联在一起形成可变电阻，η为大于2的正整数；
[0027]外部的数据讯号通过RS-485总线连接到RS-485转换电路I的信号输入端，所述RS-485转换电路I的信号输出端连接在DSP控制器21的SCI接口上；
[0028]DSP控制器21的地址总线接口与片外RAM22的地址总线连接，DSP控制器21的数据总线接口与片外RAM22的数据总线连接；DSP控制器21的通用I/O接口连接译码选择电路32的信号输入端，所述译码选择电路32的信号输出端连接数字电位器单元电路31的控制信号输入端；
[0029]DSP控制器21的SPI接口通过SPI总线与每个通道的第一数字电位器Rl的控制信号输入端和第二数字电位器R2的控制信号输入端连接。
[0030]本实施方式中，模块的总体工作流程如下:外部的RS-485数据通过通讯接口电路连接到的DSP自带的SCI接口上，DSP控制器根据接收的电阻阻值数据，通过一定的算法并配合译码选择来控制数字电位器输出，从而实现32路电阻的可编程控制。
[0031]RS-485转换电路主要用于将RS-485总线上的485电平转换成标准的TTL电平，以方便RS-485总线与DSP主控器进行通信，是整个模块正常通信的基础。[0032]DSP控制电路主要由DSP控制器和片外RAM组成，DSP控制器用于指令译码解析，实现对各个功能模块的控制，而片外RAM作为DSP外扩的数据存储器，配合DSP完成其工作，DSP控制电路是整个模块的核心。
[0033]可编程电阻电路可编程电阻电路主要由数字电位器单元电路和译码选择电路组成，其中数字电位器单元电路采用SPI接口的数字电位器进行设计，直接将数字电位器挂载到DSP的SPI接口上，设计中利用一个2001?Ω的数字电位器与一个IkQ的数字电位器进行串联，用于实现电阻可调变化，而译码器用于实现主控制器和数字电位器芯片的通信选择。
[0034]通过以上各个功能模块的配合，使得可编程电阻模块可以实现多路电阻的可编程控制，而且控制精度高，范围大，整个模块整体的集成度也比较高。
[0035]【具体实施方式】二:本实施方式对【具体实施方式】一所述的基于DSP的多路精密可编程电阻模块作进一步限定，本实施方式中，DSP控制器21的地址总线接口为16位地址总线接口，数据总线接口为16位数据总线接口。
[0036]【具体实施方式】三:本实施方式对【具体实施方式】一所述的基于DSP的多路精密可编程电阻模块作进一步限 定，本实施方式中，η=32。
[0037]【具体实施方式】四:本实施方式对【具体实施方式】一所述的基于DSP的多路精密可编程电阻模块作进一步限定，本实施方式中，第一数字电位器Rl的最大阻值为200kQ，第二数字电位器R2的最大阻值为IkQ。
[0038]【具体实施方式】五:本实施方式对【具体实施方式】一所述的基于DSP的多路精密可编程电阻模块作进一步限定，本实施方式中，DSP控制电路2中DSP控制器21的型号为TMS320LF2407A。
[0039]【具体实施方式】六:下面结合图2说明本实施方式，本实施方式是【具体实施方式】一至五所述基于DSP的多路精密可编程电阻模块的控制方法，
[0040]接收指令步骤:DSP控制器21通过SCI接口接收RS-485转换电路I发送的指令；
[0041]指令分析步骤:DSP控制器21将指令传递给译码选择电路32，
[0042]译码选择电路32对指令译码，将译码后的指令传递给数字电位器单元电路31，数字电位器单元电路31确定通道和通道的阻值数据；
[0043]查找大阻值数据表步骤:DSP控制器21根据数字电位器单元电路31的通道和阻值的数据，在片外RAM22中的大阻值数据表中查找标校数据，确定第一数字电位器Rl的码值区间和阻值区间；
[0044]查找小阻值数据表步骤:再确定第二数字电位器R2的码值区间和阻值区间；
[0045]线性插值处理步骤:对第一数字电位器Rl的阻值区间和第二数字电位器R2的阻值区间做线性函数，获得第一数字电位器Rl的码值和第二数字电位器R2的码值；
[0046]SPI可编程控制步骤:根据获得的第一数字电位器Rl的码值和第二数字电位器R2的码值通过SPI接口发送控制命令给相应的电位器，实现对相应电位器阻值的调整。
[0047]本实施方式中，由于数字电位器的输出并不是理想的线性输出，其输出值和理想输出偏差比较大，所以在使用数字电位器做为高精度的电阻输出时，必须要对电位器的阻值进行标校。所谓阻值标校就是对数字电位器一些码值输出进行测量，把测量的结果存储起来，而电阻输出时以这些数据为标准进行输出，从而实现电阻的精密可编程。[0048]通常情况下模块或者产品本身的标校数据都是存储到模块内部单独的存储器如E2PR0M中，而本模块却不同，基于DSP的可编程电阻模块的一大亮点就是将测量的标校数据直接以表格的形式写入到DSP程序中，将其存储到了 DSP内部的FLASH上。本设计采用TI公司的TMS320LF2407A型号的DSP。此款DSP不仅带有相应的SPI和SCI接口，内部还有高达32K字的FLASH即程序存储器和32K字的RAM即数据存储器。对于整个标校的过程中标校数据的数量比较庞大，虽然内部的程序存储器和数据存储器容量都比较大达到32K字，但是对于片内RAM来说，用户可用的部分比较少，分配给用户可用的数据存储器无法满足容量要求，所以外扩一片RAM当做片外的数据存储器，从而最终将标校数据存储到的模块内部的DSP上。
[0049]通过外扩一片RAM，将所有的阻值标校数据都直接存储到DSP的内部，这种方式不仅加快了 DSP运算处理速度，同时易于更新数据，加快了电阻输出的响应速度。
【权利要求】
1.基于DSP的多路精密可编程电阻模块，其特征在于:它包括RS-485转换电路(I)、DSP控制电路(2)和可编程电阻电路(3)； DSP控制电路(2)包括DSP控制器(21)和片外RAM (22)； 可编程电阻电路(3)包括数字电位器单元电路(31)和译码选择电路(32)； 数字电位器单元电路(31)有η个通道，每个通道包括第一数字电位器(Rl)和第二数字电位器(R2)，第一数字电位器(Rl)和第二数字电位器(R2)串联在一起形成可变电阻，η为大于2的正整数； 外部的数据讯号通过RS-485总线连接到RS-485转换电路(I)的信号输入端，所述RS-485转换电路(I)的信号输出端连接在DSP控制器(21)的SCI接口上； DSP控制器(21)的地址总线接口与片外RAM (22)的地址总线连接，DSP控制器(21)的数据总线接口与片外RAM (22)的数据总线连接；DSP控制器(21)的通用I/O接口连接译码选择电路(32)的信号输入端，所述译码选择电路(32)的信号输出端连接数字电位器单元电路(31)的控制信号输入端； DSP控制器(21)的SPI接口通过SPI总线与每个通道的第一数字电位器(Rl)的控制信号输入端和第二数字电位器(R2)的控制信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的基于DSP的多路精密可编程电阻模块，其特征在于:DSP控制器(21)的地址总线接口为16位地址总线接口，数据总线接口为16位数据总线接口。
3.根据权利要求1所述的基于DSP的多路精密可编程电阻模块，其特征在于:n=32。
4.根据权利要求1所述的基于DSP的多路精密可编程电阻模块，其特征在于:第一数字电位器(Rl)的最大阻值为200k Ω，第二数字电位器(R2)的最大阻值为IkQ。
5.根据权利要求1所述的基于DSP的多路精密可编程电阻模块，其特征在于:DSP控制电路(2)中DSP控制器(21)的型号为TMS (32) 0LF2407A。
6.基于DSP的多路精密可编程电阻的控制方法，其特征在于: 接收指令步骤=DSP控制器(21)通过SCI接口接收RS-485转换电路(I)发送的指令； 指令分析步骤=DSP控制器(21)将指令传递给译码选择电路(32)， 译码选择电路(32)对指令译码，将译码后的指令传递给数字电位器单元电路(31)，数字电位器单元电路(31)确定通道和通道的阻值数据； 查找大阻值数据表步骤:DSP控制器(21)根据数字电位器单元电路(31)的通道和阻值的数据，在片外RAM (22)中的大阻值数据表中查找标校数据，确定第一数字电位器(Rl)的码值区间和阻值区间； 查找小阻值数据表步骤:再确定第二数字电位器(R2)的码值区间和阻值区间； 线性插值处理步骤:对第一数字电位器(Rl)的阻值区间和第二数字电位器(R2)的阻值区间做线性函数，获得第一数字电位器(Rl)的码值和第二数字电位器(R2)的码值； SPI可编程控制步骤:根据获得的第一数字电位器(Rl)的码值和第二数字电位器(R2)的码值通过SPI接口发送控制命令给相应的电位器，实现对相应电位器阻值的调整。
【文档编号】G05B19/042GK103592883SQ201310631971
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】赵光权, 乔立岩, 梁军, 邹吉炜, 易进 申请人:哈尔滨工业大学