基于TI MSP430 Scan Interface 技术的流量表解决方案2
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那刚才我的同时他也帮大家介绍了 就是说现有市面上的一些比较常用比较流行的几种 这种流量计的方案 像包括超声波 包括一些 一些高磁磁流量计啊 还有一些机械式的流量计 那么刚才我们的同事也讲了 我们今天会着重 着重在我们的机械式 机械传动式的这样一个流量体的一个检测 因为这种机械式传动呢现在在市面上相对来说 是比较常见比较常用的一种方式 那可能我认为可能就是说 很多情况下呢 我们一个低成本的一个因素呢 大家还是比较在意的 那么在这种情况下呢 因为这种机械式的传动呢 它有这样一个 就是说一些 一些缺点 那怎么样我们可以去把这些缺点呢 给它最小化 那其实 其实呢 就是基于我们TI这样的一些Scan Interface的一个技术的话 我们会有一些比较好的提升 那么这一页呢 大家可以看到就是说 我们TI的MSP430单片机的一个Scan Interface的一个技术的 一个介绍 首先 第一我可以看到的就是说我们的一个系统框图 那这个系统框图的话 是介绍的一种我们叫做机械式传动 机械传动的一种流量计的一个系统框图 当然了 你如果要用超声波或者说其他几种技术的话 只需要去看到就是它的模拟前端的一个变化 其他的部分呢 也不会有太大的变化 那么机械式传动呢 其实它也分为好几种类型啊 那么第一种类型就是我们今天会着重讲的 我们叫LC sensor 就是我们的电容和电感组成的一个检测的一个sensor去检测 第二种呢就是我们 大家应该也有所了解 我们GMR sensor 还有我们的这种光电直读压仪 还有干簧管 那这些技术呢都是基于机械传动式的 这一个大类一个流量计的一个技术 当然后面呢 我所支持的一个sensor的类型呢 同时也支持超声波的一个sensor 那么大家看到这一个框图 这个框图在TI的官网上会有相应的一个框图 那每个部分呢 大家也可以去点开去看到我们相应的一个 对应的我们TI的一个芯片产品 以及TI免费为大家提供的一些参考设计 我们叫TI design 还有我们一些很多的文档啊 APP note这些东西 那么看到这个 那么看这个框图的话呢 这个框图因为它是做一个比较典型的框图啊 那么这部分呢 是我们的模拟前端 那通过模拟前端 我们去把我们前端的sensor所检测到的信号 给它全部采集回来 做一定的处理 那中间这一块呢 是我们的MCU 那是我们MCU的话 它其实一般情况下在这样一个流量计的话 它会集成有SCD SCD driver 那么再往下面呢 我们会有一些RF的连接 还有一些有线的一些wired的连接 还有一些我们的电源 电源部分 这些部分呢 是构成一个流量计的一个不可或缺的 一个整个的一个系统的框图 那么 我们今天所讲的基于MSP430 Scan Interface技术的 这样一个solution的话呢 其实我们TI的方案呢 它是把这样的一个模拟前端 模拟前端的检测电路 和我们的MCU是集成在同一颗 MSP430的芯片里面去 那我们所谓的模拟前端呢 就是我们今天所讲的Scan Interface的一个外设IP盒 那说到Scan Interface呢 大家可能听到这个英文单词呢 大家也比较一头雾水啊 那说这个东西 你TI做这个东西 到底是什么样一个原理呢 那所以我今天在这边呢 我会简单地给大家解释一下我们Scan Interface的 我会简单地给大家解释一下我们Scan Interface的一个工作原理 其实也是我们LC sensor 这样一种检测方式它的一个工作原理 当然 Scan Interface本身内部的它的电路以及逻辑是非常复杂完备的 以及逻辑是非常复杂完备的 如果大家要看比较详细的一个介绍呢 可以去到我们TI官网上去看我们的相应的器件的 一个user guide 就用户手册 用户手册上面会有非常详细的一个介绍 那么今天在这边呢 我会着重用一些图去给大家介绍这样一个技术的工作原理 那么在这一页幻灯片里面呢 大家可以看到有三个波形 其实呢 应该是两个波形 那第三个波形是前面两个波形的一个集合 那么第一个红色的波形呢其实是说 我们的LC sensor 它在我们所谓的叫转盘 转盘我们叫disk的 转盘 转盘它是一半是金属 另外一半是非金属 那这边的金属呢比较常用的 比如说不锈钢 比如说铜 比如说铝 那当然了 从我们的效果来讲的话不锈钢呢可能会更好一些 也应用范围会更多一些 那么第一幅图就是说 我们的LC sensor是在我们底下这个转盘 有不锈钢 有金属的这一半外面的时候 你可以看到这个红色的一个振荡的波形图 那么第二幅图呢 是在我们的LC sensor 在没有金属的那一半转轮的时候的 它所检测到 就是说你在那个sensor端你能采集到的 大家可以用示波器都可以去采集到 你采集到的这样一个振荡的一个波形图 那么这两个波形图有什么区别呢 那大家可以看到我们第三幅图 第三幅图其实是我们把两幅图给它并起来去对比 那么蓝色的那个线 就是我们第二幅波形图的那个包络曲线 那么红色的是我们第一幅图的包络曲线 那大家可以看到就是说 第二幅图一个包络曲线呢 相对来说它的振荡的幅值 或者说它的衰减的速度 相对第一幅图那个红色的曲线会慢一些 那这是为什么呢 就是说我们LC sensor 在它的附近有靠近有金属转盘的时候呢 由于金属的一些涡流的一个产生衰减 导致我们LC sensor上面的 它的一个波形的衰减速度 要比没有金属的情况下要更快一些 那这是一个比较基础的物理现象了 那么 我们TI的Scan Interface 这样一个IP盒呢 或者说我们LC sensor这样一种流量计一个机械的检测方式呢 就是基于这样一个基本的物理现象 我们来做检测 那我们检测的就是说 这个衰减的速度 或者说在某一点上 我看我衰减的幅值的一个变化 那幅值大小的一个变化是不是能够超过我的预值 我来检测你是处在有金属的那一半呢 还是处在没有金属的这一半 那这样一个位置的一个检测呢 通过后面的 我们再加 比如说两个或者三个sensor 然后呢 我相应的一个状态图 我就可以去判断出来我的转盘的一个转动的一个动作 我是正转 还是反转 并且相应的我可以计算出来它的转速 那大家会有一个问题了 就是说 你这两个波形图 你的衰减速度不同 导致了你在某一点上的你的波形的幅值 会有不同 那你采的时候呢 你是采哪一点呢 你采哪个位置呢 其实这个图上呢 大家可以比较 比较直观地看出来一个大概的趋势 就是说在整个振荡波形的两端 就是它的开始初期 以及它的最后末期 其实这两个波形图它的差别是非常微小的 是在中间的某一个位置 它的振荡的波形 它的幅值的差别是最大的 所以呢 我们的工作原理就是说 我们需要去采集中间的某一个点 或者中间靠后的某一个点上面 我们认为在这个地方呢 它的幅值的反差是最大的时候呢 我们在这个时候去采它 那我们的信号会最强的 那么这个幅图可能对我们的工作原理呢接着上一幅 上一幅那个幻灯片的话 会有一个更详细的一个解释 那么上面那个图呢 我们可以看到其实跟上一幅图的一个介绍是差不多的 可能会更明显一些 那么我的sensor1 我们的sensor1 1号sensor的话 它是处在我们非金属的这个转盘的上面 那这时候我的波形的那个振荡呢 这衰减速度呢 相对来说会比较慢一些 那么sensor2呢 它是在我们金属这一侧 那么它的振荡的衰减呢 会相对来说比较快一些 那如果说或我们把sensor1跟sensor2叠加起来的话 我们可以大概看到 就是说我们需要在差不多中间靠后的某一个位置 差不多中间靠后的某一个位置去检测 去做判断 判断我的 到底是属于sensor1的这样一个状态呢 还是属于sensor2的这样一个状态呢 那所以下面这幅图呢 其实就是说从实际操作的角度呢 从实际我们模块工作原理的角度呢 来给大家做了一个比较直观的一个解释 那大家可以看到有两个时间 可能屏幕大家看得不太清楚 那我跟大家解释一下 就是说 我们把时间分成两段 前面那一段叫t delay 后面那一段叫t gate delay t delay 就是延迟 延迟的时间 t gate就是在这个时候呢 我们去检测的一个时间 那么这个波形其实它 它可以如果按照我们内部 我们模块的一个分段的话 整个这个波形按照时间来分段的话 我们大家可能分出十几到二十 二十个左右的一个时间段 那我们叫状态 那二十多个状态 那么首先其实呢 我们需要通过我们的器件 我们ESR的一个 就是说Scan Interface这样一个模块呢 通过我们MCU给到我们LC sensor 要充电 对吧 你LC sensor你要振荡 首先你的电容需要充电 所以第一个状态呢 在这里面并没有标出来 第一个状态其实是说 我们的芯片会有一个输出 给到我们电容做一个充电 大概一个微秒左右 这样一个充电 的一个时间 保证它的电容充满电 这时候呢 在这种状态下呢 我们把它所有的这个检测口呢 再给它重新转化为输入 那这时候你充满电以后 你转化成输入 这时候我的整个LC sensor 它会自激振荡 自己会振荡起来 振荡的频率呢 当然也取决于我们LC的一个取值 取决于LC sensor的一个频率参数 对吧 那当它开始振荡以后呢 这时候我们内部的一个 这个Scan Interface的模块呢 就会有一个非常复杂的 我们非常精密的一套逻辑 那我们会去通过我们两种频率的时钟 一个是基于我们A clock A clock就我们低频时钟 另外一个是基于我们一个高频时钟 那么两个时钟去配合地去做 首先我们会去用A clock去延时 延时的目的呢 刚才上一幅图也给大家讲了 我们需要在一个中间靠后 大概这样一个位置去采 那么具体哪个位置去采呢 这个东西呢 大家不用去考虑 不用去担心 这个是我们模块它通过上电自校以后呢 它会去确定我每一次 我振荡开始以后呢 我需要多长时间去采 并且在每一次采的这个时候呢 它会有两个clock 首次用A clock这样一个低频的一个clock 去迅速地去粗调 你可以认为比如说我们 我们相机拍照的时候呢 这个焦距一个粗调的一个旋钮 对吧 那首先用粗调的旋钮呢去让它迅速地到达我们大概的这样一个区域 我们需要采的区域 然后呢 在这个时候呢 它进入另外一个状态以后呢 它会去用我们的高频时钟 那么高频时钟去做校正的时候呢 做采样点的一个t delay的一个定位的时候呢 它会去做细调 那细调加粗调完成以后呢 我们就确定了 t delay t delay 这个时间大概在哪个位置 我们就会确定这个时间点 但你确定这个时间点以后呢 这个时候我们Scan Interface内部的DSE 和内部的比较器 它会打开 当DSE和比较器打开以后呢 这个时候我们就去采 采我们这个波形值 然后呢 跟我们比较器的一端的输入 是我们这个LC振荡器的一个振荡波形 另外一端的输入呢 是我们DSE内部集成的一个高精度的DSE 它生成的一个电压的一个参考值 我们跟这个电压的参考值呢 那么下面这幅图绿色那根线 V R E F Vref 就是我们的一个预值 那大家可以看到这两幅图呢 明显当我们在处于t gate 也就是我们采集这个信号的这段时间内的话 左侧的这个图 它的振荡波形是低于Vref 低于我们的预值 这个参考电压的 那么右侧的这部分 t gate 这个时间段内呢 它的一个幅值呢是高于我们绿色的这根线 就是我们的Vref Vref我们的预值的 那么通过这样一个对比呢 我们就可以去判断出来在左侧 左侧我们是属于 有金属转盘 就是转盘有金属那一半面的状态 那么我们内部呢 我们把它的状态记为0 我们的一个0状态 那么右侧呢 相应地 我们把它的状态记为1 那么这幅图中其实还有一个很关键的一个点 图中并没有完全明确地一个表示出来 那么大家也知道就是说 LC的振荡波形呢 它后面振荡 它会一直做振荡 越往后呢 它的幅值会越低 但它可以振荡的时间非常长 那我们其实可以看到通过这两幅图呢 我们看到 我们其实最关键最想要的是t gate 这段时间的波形 那只要这段时间的波形我们采到了 后面的波形呢其实对我们来说是无用的 不只是无用 反而有可能会干扰到我们下一次的振荡采集 或者说会对我们的系统啊做一些功耗 或者别的方面的一些干扰 那么这时候其实当我么t gate采集完了以后呢 我们的Scan Interface模块呢 会做一个主动的对这个LC电路做一个主动短路 那让它的振荡迅速地结束 以至于不会去影响到下一次的振荡 那么这幅幻灯片呢 展现的是我们TI的Scan Interface的一个技术的这个模块的一个框图 那么有两个框图 那右侧呢 是我们传统的 我们TI的基础款的 Scan Interface 左侧呢 是我们加强版的 Extended Extended Scan Interface 我们叫ESI 那么右侧叫SI 那么其实呢 这两个呢 我可以认为就是说 右侧呢是一个基础款 左侧是一个加强款 那么我为了给大家讲一个完整的一个信息的话 我会着重在讲左侧这个 我们叫Extended的Scan Interface 那么它基本上也包含了我们右侧的Scan Interface 这些一些基本的模块 那么通过左侧这个框图呢 我们可以看到就是说最左边 就是我们的接口 我们Scan Interface 或者说我们Extended的 Scan Interface 它的连接我们LC sensor 或者说连接我们其他几种类型的sensor的 我们这样一个接口 我们通过这样一个接口呢 大家可能看不太清楚 它连接在 连接在这个 电容电感的这个sensor上面的这个管脚呢叫ESICH 0 1 2 3 对 那这个管脚呢 其实它是一个双向的 那我们刚才也讲到了 刚才那个波形大家也看到 就是说我最开始会有一个大概一个微秒的一个输出 去给这个电容充电 那这个也是通过我们内部的这样一个Scan Interface去做这个工作的 当我充电完成以后呢 我会马上把它切成一个输入 这时候呢我会去接收采集它的一个LC的自激振荡的一个振荡波形 那么这个大的框图的就我现在画到的这个大的呢 就是我们最开始在那个 系统框图里面看到的那个模拟前端 那我们叫AFE AFE呢我们有两个AFE 那这块呢我先给大家卖个关子啊 那我先着重讲我们的第一个AFE 其实我们两个AFE 它的内部构造是完全相同的 对 那我讲第一个AFE 大家可以看到就是说 它内部有一个½AVCC 相当于½的供电电压 这个东西呢 其实就是给我们的LC sensor作充电用的 那么通过一个分路器 那我们会连接到我们这个比较器 比较器的一个正端 正极输入 在比较器的负极输入呢 我们会有一个12比特的一个DSE 这个12比特得DSE是我们刚才上一幅图给大家讲的 就是说它会去生成一个reference 参考电压 当然 参考电压呢 我们这边的话 DSE可以生成两个参考电压 那为什么要生成两个参考电压呢 那可能用过的我们的观众呢就会知道 我们有个 模拟电路有一个迟滞的现象 所以我们会有一个高 就是说我们叫high level的一个参考电压 我们还有一个低端的 就是一个low level的一个参考电压 那通过这两个参考电压的一个灵活的设置啊 这个设置呢 我们用户可以通过软件去自由地去配置 并且可以在校正的过程中呢 会实时地给它做配置 那么通过这两个电压 也就是说我们采集回来的一个自激的一个波形 以及我们参考电压的一个对比呢 大家可以回想到上一幅图 那我们就可以判断出来你现在的状态 你这个LC sensor是处在这个转轮的金属一侧呢 还是非金属一侧 那么 其实大家就可以想象就是说 到时候我们采到一个值就是一个0,1 如果金属转轮在转的话 它就是一个0 1 0 1 0 1跳变的这样一个过程 那这个值呢 我们会放在哪儿呢 通过我们这样一个比较器的输出呢 它是连在我们叫pre-processing unit 我们叫PPU PPU这个模块 这我现在圈的这个小的模块 这个PPU是做什么呢 我们叫pre-processing unit 也就是预处理单元 为什么会有这样一个预处理单元呢 那你想想 就是说我们现在这幅图里面 我们是有两个sensor 那相当于就是说我采完一个序列 一个周期 我需要采两个sensor 但其实我的AFE只有一套电路呀 对吧 所以其实两个sensor 它是一个分时采的 就采完一个马上采第二个 所以我们会有一个PPU这样一个单元呢 我们会把 比如说我们采完第一个sensor 我们会把第一个sensor采集对比出来的这个0 1值先存在 先处理完以后存在这个PPU里面 到了第二sensor采完以后 第二个sensor的值也存在这个PPU里面 这时候呢 我认为就相当于我的一个 一个采样的一个序列 算是完成了 当我一个采样序列完成以后呢 我才会把我存在我们PPU这个模块里面的 整个序列每一个sensor的这个状态 本文采集的这样一个状态呢 再传给我们叫process state machine 就是我们处理 专门用来处理的一个状态机 在这边 那这个state machine呢 就是去判断 通过我们 现在的一个每一个sensor的一个0 1状态 以及我们所存到我们 我们叫ESI RAM 大家可以看到这块有个ESI RAM 这个ESI RAM就是存我们状态机 跟我们process state machine PSM这个模块去共同配合 相当于说 我们sensor的机构定下来以后呢 那么我们sensor的整个一个你要去判断正转反转 还是说别的一个状态的话 会有一个状态机 这个状态机呢 我们会存在 这个状态机的状态呢 我们存在ESI RAM里头 专门有一个存储空间把它存下来 然后呢 通过我们PSM这个模块呢 我们再接收每一轮处理完以后每一个周期 采样周期序列采完以后的 每一个sensor的0 1状态以后呢 通过这个状态呢 那我们再去更新我们状态机的一个状态 更新完这个状态 相当于说我们现在就可以知道 我的这个采样时间点 我是出于正转 那还是出于反转 还是出于没有转 静止状态 那么这个block die ground的话 还有另外两块呢 大家可能还不太清楚 那我先讲我们最重要的一块 其实这块呢 也是基本上是处于 我们除了AFE的模拟前端以后呢 我们在整个Scan Interface里面最重要的一块 也是我们Scan Interface里的大脑 那刚才也讲到了 刚才那一幅幻灯片呢 我也给大家讲到就是说 我们所有这些过程呢 是不需要用户去介入的 不需要你去写多么复杂的代码 你去介入的 那我们内部是有一个非常复杂的一个状态机的一个单元 去做整个持续的一个控制 包括我们前面 你要去做充电 你要充电多久 你充电完以后呢 你每个状态的切换 我刚才讲了有二十 二十几个 有二十二个状态 那这些状态的一个切换 每一个状态呢 我是通过A clock低频时钟去做粗调呢 还是说我去通过高频时钟去做细调呢 我在什么时候我需要去打开我的DSE 去打开我的比较器 去做采样去做判断 我在什么时候呢 我需要去让我的PPU 我们的预处理单元 或者说我们的PSM 我的处理的状态机 我让它们去工作 整个这个一个流程 一个采样 采样周期的所有的这样一个动作呢 都是靠我们这个叫TSM这个大脑去做控制的 那么这个TSM的 它的时钟呢 会有三种时钟 第一种就是我们的低频时钟 我们的A clock 大家可以去借用我们的外部晶振 比如说32k的外部晶振 去做它的时钟 还有一种是我们可以去接我们的SM clock 那SM clock 它的来源就可以从我们芯片的DCU 也就我们的主时钟 从这边去过来高频的时钟 另外呢 这个TSM内部也集成了一个我们讲振荡器 这个时钟的频率大概在4.8兆赫兹 也是属于一个高频时钟 我们通常情况下会用这个内部的自带的一个时钟 那为什么会用内部自带时钟呢 这个稍后呢 在下一个幻灯片呢 我会给大家作一个说明 那么有一个问题需要指出的就是说 内部时钟 因为它的振荡频率呢 这个东西呢需要去校准 因为它每一片芯片会有一定的差异 这个东西需要去校准 但是大家也不用担心 这个内部时钟的校准的程序呢 TI也给大家提供了一个校准的一个源代码 那么大家写程序的时候呢 只需要把这个源代码提纯到你的工程中去 那么 这个内部时钟的校准工作就会自动地去执行 在你上电做预校准的时候呢 它会去做自动的执行 那么这个框图呢最后一部分呢 就是我们讲Timer A output stage 那这个模块是做什么用的呢 这个模块其实是说我们通过比较器的输出 以及我们预处理单元的一个两个输出信号 给它作为输入 另外呢 它通过这三个输入信号呢 它去做一个输出信号 输出到哪儿呢 输出到我们Timer A 我们片上的Timer A 那Timer A的一个capture 就是它的一个采集 采集信号端 那这个东西呢 用在哪里 其实用的不是非常多 但是呢它的作用就是说 用户可以在软件端通过Timer A计时呢 去判断出来 我在我现有的这样一个结构设计 我的sensor的一个设计情况下呢 那我的充电时间大概多长 我的整个振荡的时间 是在一个什么样的一个量级 什么样一个时间的一个值 那你通过这个 你可以去检测得到 那么讲完这个框图以后呢 大家再回过头去看我们右边的这个框图 那右边这个框图其实就很容易理解了 那AFE前端 其实跟前面那个AFE前端是基本相同 只不过它会只有一个AFE 那么前面那个呢 我们的叫Extended的Scan Interface呢 它会有两个AFE前端 那么它的DSE呢 它的精度呢 相对于我们的Extended的Scan Interface呢 会稍微低一点 它是10比特的 这样的一个DSE 那么后面的一个处理单元的话呢 它也没有我们这个叫预处理单元 它只有我们叫处理 叫process Processing State Machine 我们PSM这个模块 那么PSM呢 也相应地会有 而且呢 它也相应地会有内部的一个振荡器集成 另外一个Timer A的一个输出呢 在我们Scan Interface这个基础款这个IP盒呢 就不会去有这样一个额外的功能 那么看到这块大家可能觉得OK 你都讲完了 你刚才不是说要讲这个两个AFE前端 两个AFE前端有什么用呢 有人可能细心的朋友呢 可能会看到 虽然有两个AFE前端 但是呢 我整个处理的单元 包括我们的TSM 我们的Processing的这个PSM 这些并没有两份 也就是说这两个处理单元呢 它其实它所担当的功能是不一样的 虽然 它的这个AFE前端的这个电路是完全一样的 但它所作的功能是不一样的 那具体AFE2 就是我们后面的AFE2 这个东西 它是作什么用呢 在后面的一个章节呢 我会做一个比较详细的一个介绍 那么这些幻灯片呢就是说 其实是基于刚才我们所讲的这两个 两个 一个ESI 一个Extended的ESI 一个Scan Interface 一个Extended的 Scan Interface 那这两个模块 一个是基础款 一个是加强款 那么它们分别是在我们哪一颗芯片上呢 那我们Extended的Scan Interface 是我们简称叫ESI 是集成在我们最新款的MSP430FR6989 那么 可能熟悉的朋友就知道 就说我们的料号里FR就代表了是我们最新的FR系列 那我们的内部存储器是铁链存储的 那我们的Scan Interface呢 刚才我们所讲的右边的一幅图 那个基础款的 基础款的它是集成在我们MSP430FW427 这颗芯片里面 那它的存储器呢是Flash的 基于Flash的这样一个存储器 那么ESI 我们的Extended的Scan Interface呢 刚才在讲了 它是一个完全 完全独立的一个模块 去检测位置 那么这也是刚才我为什么讲 我们有内部的一个振荡器 那其实在我们工作的时候呢 我们可以基本上完全摆脱 完全不依赖于外部的任何的一个供给 包括外部时钟 因为有时候大家可能用某些模块 那这个模块可能它做的非常的低功耗或者怎么样的 但是由于你要去启动这个模块 你不得不去打开 比如说我要打开我的高频时钟 我的系统的主时钟 那其实这个 这样的一个模式呢就不算是完全独立的 那相对于这个模式来说 那我们的Extended的Scan Interface 或者我们的Scan Interface 由于他们内部集成了这样一个振荡器 高频的一个振荡器 所以它在工作的时候呢 是完全不需要我们CPU内核包括我们系统的主时钟 去参与到的 那么Scan Interface呢 它相比于我们叫 Extended的Scan Interface 相比于我们的Scan Interface呢 它所能支持的一个传感器的数量呢 它会多一个 在我们的PSM处理单元 它会支持同时去处理三个 三个传感器 但是呢在我们的Scan Interface 就是我们FW427里面呢 它可以同时去处理两个sensors 去的一个状态 那么 另外一区别呢 其实就是说 我有ESI 会有两个AFE 但是呢 我们的Scan Interface呢只有一个AFE 那么从DAC的这样一个精度上呢 ESI的这块呢精度也会更高一些 那其他的东西呢 带来的好处呢 其实 我这里作一个比较简要的一个总结 那么从功耗上面来讲的话 因为ESI的这个 这个模块呢 它的集成度会更高一些 其实就是说 它把很多可能我们Scan Interface 需要去软件去处理的那些逻辑呢 它也有相应的一个逻辑去处理了 那么它的功耗呢相比于我们Scan Interface呢 会更低 当然Scan Interface的那个功耗呢也是非常低的 那稍后我会有一张功耗的一个对比图 大家可以看到我们基于TI的Scan Interface这样一个大的技术 那我们的功耗优势到底有多么大的一个优势 另外呢 就是说 从我们的ESI的话 我们有两个AFE 那么我们可以去做一些ontime的re-calibration 就在线的一些自校转 那么12比特的DSE呢 它也可以带来一个更好的一个检测的一个状态 状态检测的一个性能 因为我们可以对我们的一个预值的一个电压 我们的reference voltage 我们会做一个更精确的 更精细的一个设置 那另外就是说 像我们一些 因为我们是独立的一个模块 所以用户在去用它的时候呢 也会非常简单 你不需要去调用其他的模块 比如说我们的CPU内核或者其他别的模块去做相应的配合 那么你使用过程中 相匹于你的代码也会非常简单 当然这个代码呢 TI也会提供相应的一个参考的一个工程 那用户呢 只需要在这个参考工程上面你去修改 基于你设计 你的sensor的设计 那相应的一些参数 那其他的整个工程的源代码 工程的架构 都是TI免费提供给 公开给大家的 大家不用去在这方面去花时间去看 那么这幅幻灯片呢 其实给大家简要地介绍了一下 我们基于TI的Scan Interface这样一个技术呢 我们所支持的不同类型 不同类型的一个sensor 那么其实第一个sensor就是我们刚才所讲的那种LC的sensor 这种sensor呢 有的是去检测这个振荡 检测振荡的波形 有的是去检测整个波形的一个包络 通过检测包络去做 但是呢 大同小异 其实它内部的 就是说整个sensor的原理就是LC的这种自激振荡 自激的这种振荡 那么第二种类型就是我们叫磁传感器 那我们的那个转轮 它是带磁性的 有磁性的 那我们通过磁传感器呢 可以检测到这个磁性的一个变化 磁性的一个变化 那么通过这个变化呢 我就可以判断出来你这个转轮呢 是怎么样一个状态 正转反转还是停止 对吧 那么最后一个呢可能也 相对来说比较简单比较老的一个技术 就是我们的那种光传感器 光电制度这样一个传感器 去做检测 那么这三种传感器类型呢 那基于TI的Scan Interface 我们刚才讲到的那样一个 那个模块 那个集成在我们430单片机里面的这样一个模块呢都是可以支持的 大家都是可以去采集 可以去处理的 那么相应的对于三种类型的 三种类型的这个模块呢 我们的一个TI也给大家提供了 三篇我们的技术文档 我们TI叫APP note Application note 应用的一个文档 每个应用文档里面对相应的这种检测的方式呢 会做一个比较详细的介绍 而且我们会有一些示例的工程 硬件软件的示例工程 我们那个测试的一个值 方法 一些系统的设计原理 都会有一个相应的介绍 大家如果去 如果你所做的项目 或者说你对某一种类型的sensor感兴趣的话 大家可以去参考这个 但是呢 我们今天主要还是 主要还是集中于讲这种类型的sensor
那刚才我的同时他也帮大家介绍了 就是说现有市面上的一些比较常用比较流行的几种 这种流量计的方案 像包括超声波 包括一些 一些高磁磁流量计啊 还有一些机械式的流量计 那么刚才我们的同事也讲了 我们今天会着重 着重在我们的机械式 机械传动式的这样一个流量体的一个检测 因为这种机械式传动呢现在在市面上相对来说 是比较常见比较常用的一种方式 那可能我认为可能就是说 很多情况下呢 我们一个低成本的一个因素呢 大家还是比较在意的 那么在这种情况下呢 因为这种机械式的传动呢 它有这样一个 就是说一些 一些缺点 那怎么样我们可以去把这些缺点呢 给它最小化 那其实 其实呢 就是基于我们TI这样的一些Scan Interface的一个技术的话 我们会有一些比较好的提升 那么这一页呢 大家可以看到就是说 我们TI的MSP430单片机的一个Scan Interface的一个技术的 一个介绍 首先 第一我可以看到的就是说我们的一个系统框图 那这个系统框图的话 是介绍的一种我们叫做机械式传动 机械传动的一种流量计的一个系统框图 当然了 你如果要用超声波或者说其他几种技术的话 只需要去看到就是它的模拟前端的一个变化 其他的部分呢 也不会有太大的变化 那么机械式传动呢 其实它也分为好几种类型啊 那么第一种类型就是我们今天会着重讲的 我们叫LC sensor 就是我们的电容和电感组成的一个检测的一个sensor去检测 第二种呢就是我们 大家应该也有所了解 我们GMR sensor 还有我们的这种光电直读压仪 还有干簧管 那这些技术呢都是基于机械传动式的 这一个大类一个流量计的一个技术 当然后面呢 我所支持的一个sensor的类型呢 同时也支持超声波的一个sensor 那么大家看到这一个框图 这个框图在TI的官网上会有相应的一个框图 那每个部分呢 大家也可以去点开去看到我们相应的一个 对应的我们TI的一个芯片产品 以及TI免费为大家提供的一些参考设计 我们叫TI design 还有我们一些很多的文档啊 APP note这些东西 那么看到这个 那么看这个框图的话呢 这个框图因为它是做一个比较典型的框图啊 那么这部分呢 是我们的模拟前端 那通过模拟前端 我们去把我们前端的sensor所检测到的信号 给它全部采集回来 做一定的处理 那中间这一块呢 是我们的MCU 那是我们MCU的话 它其实一般情况下在这样一个流量计的话 它会集成有SCD SCD driver 那么再往下面呢 我们会有一些RF的连接 还有一些有线的一些wired的连接 还有一些我们的电源 电源部分 这些部分呢 是构成一个流量计的一个不可或缺的 一个整个的一个系统的框图 那么 我们今天所讲的基于MSP430 Scan Interface技术的 这样一个solution的话呢 其实我们TI的方案呢 它是把这样的一个模拟前端 模拟前端的检测电路 和我们的MCU是集成在同一颗 MSP430的芯片里面去 那我们所谓的模拟前端呢 就是我们今天所讲的Scan Interface的一个外设IP盒 那说到Scan Interface呢 大家可能听到这个英文单词呢 大家也比较一头雾水啊 那说这个东西 你TI做这个东西 到底是什么样一个原理呢 那所以我今天在这边呢 我会简单地给大家解释一下我们Scan Interface的 我会简单地给大家解释一下我们Scan Interface的一个工作原理 其实也是我们LC sensor 这样一种检测方式它的一个工作原理 当然 Scan Interface本身内部的它的电路以及逻辑是非常复杂完备的 以及逻辑是非常复杂完备的 如果大家要看比较详细的一个介绍呢 可以去到我们TI官网上去看我们的相应的器件的 一个user guide 就用户手册 用户手册上面会有非常详细的一个介绍 那么今天在这边呢 我会着重用一些图去给大家介绍这样一个技术的工作原理 那么在这一页幻灯片里面呢 大家可以看到有三个波形 其实呢 应该是两个波形 那第三个波形是前面两个波形的一个集合 那么第一个红色的波形呢其实是说 我们的LC sensor 它在我们所谓的叫转盘 转盘我们叫disk的 转盘 转盘它是一半是金属 另外一半是非金属 那这边的金属呢比较常用的 比如说不锈钢 比如说铜 比如说铝 那当然了 从我们的效果来讲的话不锈钢呢可能会更好一些 也应用范围会更多一些 那么第一幅图就是说 我们的LC sensor是在我们底下这个转盘 有不锈钢 有金属的这一半外面的时候 你可以看到这个红色的一个振荡的波形图 那么第二幅图呢 是在我们的LC sensor 在没有金属的那一半转轮的时候的 它所检测到 就是说你在那个sensor端你能采集到的 大家可以用示波器都可以去采集到 你采集到的这样一个振荡的一个波形图 那么这两个波形图有什么区别呢 那大家可以看到我们第三幅图 第三幅图其实是我们把两幅图给它并起来去对比 那么蓝色的那个线 就是我们第二幅波形图的那个包络曲线 那么红色的是我们第一幅图的包络曲线 那大家可以看到就是说 第二幅图一个包络曲线呢 相对来说它的振荡的幅值 或者说它的衰减的速度 相对第一幅图那个红色的曲线会慢一些 那这是为什么呢 就是说我们LC sensor 在它的附近有靠近有金属转盘的时候呢 由于金属的一些涡流的一个产生衰减 导致我们LC sensor上面的 它的一个波形的衰减速度 要比没有金属的情况下要更快一些 那这是一个比较基础的物理现象了 那么 我们TI的Scan Interface 这样一个IP盒呢 或者说我们LC sensor这样一种流量计一个机械的检测方式呢 就是基于这样一个基本的物理现象 我们来做检测 那我们检测的就是说 这个衰减的速度 或者说在某一点上 我看我衰减的幅值的一个变化 那幅值大小的一个变化是不是能够超过我的预值 我来检测你是处在有金属的那一半呢 还是处在没有金属的这一半 那这样一个位置的一个检测呢 通过后面的 我们再加 比如说两个或者三个sensor 然后呢 我相应的一个状态图 我就可以去判断出来我的转盘的一个转动的一个动作 我是正转 还是反转 并且相应的我可以计算出来它的转速 那大家会有一个问题了 就是说 你这两个波形图 你的衰减速度不同 导致了你在某一点上的你的波形的幅值 会有不同 那你采的时候呢 你是采哪一点呢 你采哪个位置呢 其实这个图上呢 大家可以比较 比较直观地看出来一个大概的趋势 就是说在整个振荡波形的两端 就是它的开始初期 以及它的最后末期 其实这两个波形图它的差别是非常微小的 是在中间的某一个位置 它的振荡的波形 它的幅值的差别是最大的 所以呢 我们的工作原理就是说 我们需要去采集中间的某一个点 或者中间靠后的某一个点上面 我们认为在这个地方呢 它的幅值的反差是最大的时候呢 我们在这个时候去采它 那我们的信号会最强的 那么这个幅图可能对我们的工作原理呢接着上一幅 上一幅那个幻灯片的话 会有一个更详细的一个解释 那么上面那个图呢 我们可以看到其实跟上一幅图的一个介绍是差不多的 可能会更明显一些 那么我的sensor1 我们的sensor1 1号sensor的话 它是处在我们非金属的这个转盘的上面 那这时候我的波形的那个振荡呢 这衰减速度呢 相对来说会比较慢一些 那么sensor2呢 它是在我们金属这一侧 那么它的振荡的衰减呢 会相对来说比较快一些 那如果说或我们把sensor1跟sensor2叠加起来的话 我们可以大概看到 就是说我们需要在差不多中间靠后的某一个位置 差不多中间靠后的某一个位置去检测 去做判断 判断我的 到底是属于sensor1的这样一个状态呢 还是属于sensor2的这样一个状态呢 那所以下面这幅图呢 其实就是说从实际操作的角度呢 从实际我们模块工作原理的角度呢 来给大家做了一个比较直观的一个解释 那大家可以看到有两个时间 可能屏幕大家看得不太清楚 那我跟大家解释一下 就是说 我们把时间分成两段 前面那一段叫t delay 后面那一段叫t gate delay t delay 就是延迟 延迟的时间 t gate就是在这个时候呢 我们去检测的一个时间 那么这个波形其实它 它可以如果按照我们内部 我们模块的一个分段的话 整个这个波形按照时间来分段的话 我们大家可能分出十几到二十 二十个左右的一个时间段 那我们叫状态 那二十多个状态 那么首先其实呢 我们需要通过我们的器件 我们ESR的一个 就是说Scan Interface这样一个模块呢 通过我们MCU给到我们LC sensor 要充电 对吧 你LC sensor你要振荡 首先你的电容需要充电 所以第一个状态呢 在这里面并没有标出来 第一个状态其实是说 我们的芯片会有一个输出 给到我们电容做一个充电 大概一个微秒左右 这样一个充电 的一个时间 保证它的电容充满电 这时候呢 在这种状态下呢 我们把它所有的这个检测口呢 再给它重新转化为输入 那这时候你充满电以后 你转化成输入 这时候我的整个LC sensor 它会自激振荡 自己会振荡起来 振荡的频率呢 当然也取决于我们LC的一个取值 取决于LC sensor的一个频率参数 对吧 那当它开始振荡以后呢 这时候我们内部的一个 这个Scan Interface的模块呢 就会有一个非常复杂的 我们非常精密的一套逻辑 那我们会去通过我们两种频率的时钟 一个是基于我们A clock A clock就我们低频时钟 另外一个是基于我们一个高频时钟 那么两个时钟去配合地去做 首先我们会去用A clock去延时 延时的目的呢 刚才上一幅图也给大家讲了 我们需要在一个中间靠后 大概这样一个位置去采 那么具体哪个位置去采呢 这个东西呢 大家不用去考虑 不用去担心 这个是我们模块它通过上电自校以后呢 它会去确定我每一次 我振荡开始以后呢 我需要多长时间去采 并且在每一次采的这个时候呢 它会有两个clock 首次用A clock这样一个低频的一个clock 去迅速地去粗调 你可以认为比如说我们 我们相机拍照的时候呢 这个焦距一个粗调的一个旋钮 对吧 那首先用粗调的旋钮呢去让它迅速地到达我们大概的这样一个区域 我们需要采的区域 然后呢 在这个时候呢 它进入另外一个状态以后呢 它会去用我们的高频时钟 那么高频时钟去做校正的时候呢 做采样点的一个t delay的一个定位的时候呢 它会去做细调 那细调加粗调完成以后呢 我们就确定了 t delay t delay 这个时间大概在哪个位置 我们就会确定这个时间点 但你确定这个时间点以后呢 这个时候我们Scan Interface内部的DSE 和内部的比较器 它会打开 当DSE和比较器打开以后呢 这个时候我们就去采 采我们这个波形值 然后呢 跟我们比较器的一端的输入 是我们这个LC振荡器的一个振荡波形 另外一端的输入呢 是我们DSE内部集成的一个高精度的DSE 它生成的一个电压的一个参考值 我们跟这个电压的参考值呢 那么下面这幅图绿色那根线 V R E F Vref 就是我们的一个预值 那大家可以看到这两幅图呢 明显当我们在处于t gate 也就是我们采集这个信号的这段时间内的话 左侧的这个图 它的振荡波形是低于Vref 低于我们的预值 这个参考电压的 那么右侧的这部分 t gate 这个时间段内呢 它的一个幅值呢是高于我们绿色的这根线 就是我们的Vref Vref我们的预值的 那么通过这样一个对比呢 我们就可以去判断出来在左侧 左侧我们是属于 有金属转盘 就是转盘有金属那一半面的状态 那么我们内部呢 我们把它的状态记为0 我们的一个0状态 那么右侧呢 相应地 我们把它的状态记为1 那么这幅图中其实还有一个很关键的一个点 图中并没有完全明确地一个表示出来 那么大家也知道就是说 LC的振荡波形呢 它后面振荡 它会一直做振荡 越往后呢 它的幅值会越低 但它可以振荡的时间非常长 那我们其实可以看到通过这两幅图呢 我们看到 我们其实最关键最想要的是t gate 这段时间的波形 那只要这段时间的波形我们采到了 后面的波形呢其实对我们来说是无用的 不只是无用 反而有可能会干扰到我们下一次的振荡采集 或者说会对我们的系统啊做一些功耗 或者别的方面的一些干扰 那么这时候其实当我么t gate采集完了以后呢 我们的Scan Interface模块呢 会做一个主动的对这个LC电路做一个主动短路 那让它的振荡迅速地结束 以至于不会去影响到下一次的振荡 那么这幅幻灯片呢 展现的是我们TI的Scan Interface的一个技术的这个模块的一个框图 那么有两个框图 那右侧呢 是我们传统的 我们TI的基础款的 Scan Interface 左侧呢 是我们加强版的 Extended Extended Scan Interface 我们叫ESI 那么右侧叫SI 那么其实呢 这两个呢 我可以认为就是说 右侧呢是一个基础款 左侧是一个加强款 那么我为了给大家讲一个完整的一个信息的话 我会着重在讲左侧这个 我们叫Extended的Scan Interface 那么它基本上也包含了我们右侧的Scan Interface 这些一些基本的模块 那么通过左侧这个框图呢 我们可以看到就是说最左边 就是我们的接口 我们Scan Interface 或者说我们Extended的 Scan Interface 它的连接我们LC sensor 或者说连接我们其他几种类型的sensor的 我们这样一个接口 我们通过这样一个接口呢 大家可能看不太清楚 它连接在 连接在这个 电容电感的这个sensor上面的这个管脚呢叫ESICH 0 1 2 3 对 那这个管脚呢 其实它是一个双向的 那我们刚才也讲到了 刚才那个波形大家也看到 就是说我最开始会有一个大概一个微秒的一个输出 去给这个电容充电 那这个也是通过我们内部的这样一个Scan Interface去做这个工作的 当我充电完成以后呢 我会马上把它切成一个输入 这时候呢我会去接收采集它的一个LC的自激振荡的一个振荡波形 那么这个大的框图的就我现在画到的这个大的呢 就是我们最开始在那个 系统框图里面看到的那个模拟前端 那我们叫AFE AFE呢我们有两个AFE 那这块呢我先给大家卖个关子啊 那我先着重讲我们的第一个AFE 其实我们两个AFE 它的内部构造是完全相同的 对 那我讲第一个AFE 大家可以看到就是说 它内部有一个½AVCC 相当于½的供电电压 这个东西呢 其实就是给我们的LC sensor作充电用的 那么通过一个分路器 那我们会连接到我们这个比较器 比较器的一个正端 正极输入 在比较器的负极输入呢 我们会有一个12比特的一个DSE 这个12比特得DSE是我们刚才上一幅图给大家讲的 就是说它会去生成一个reference 参考电压 当然 参考电压呢 我们这边的话 DSE可以生成两个参考电压 那为什么要生成两个参考电压呢 那可能用过的我们的观众呢就会知道 我们有个 模拟电路有一个迟滞的现象 所以我们会有一个高 就是说我们叫high level的一个参考电压 我们还有一个低端的 就是一个low level的一个参考电压 那通过这两个参考电压的一个灵活的设置啊 这个设置呢 我们用户可以通过软件去自由地去配置 并且可以在校正的过程中呢 会实时地给它做配置 那么通过这两个电压 也就是说我们采集回来的一个自激的一个波形 以及我们参考电压的一个对比呢 大家可以回想到上一幅图 那我们就可以判断出来你现在的状态 你这个LC sensor是处在这个转轮的金属一侧呢 还是非金属一侧 那么 其实大家就可以想象就是说 到时候我们采到一个值就是一个0,1 如果金属转轮在转的话 它就是一个0 1 0 1 0 1跳变的这样一个过程 那这个值呢 我们会放在哪儿呢 通过我们这样一个比较器的输出呢 它是连在我们叫pre-processing unit 我们叫PPU PPU这个模块 这我现在圈的这个小的模块 这个PPU是做什么呢 我们叫pre-processing unit 也就是预处理单元 为什么会有这样一个预处理单元呢 那你想想 就是说我们现在这幅图里面 我们是有两个sensor 那相当于就是说我采完一个序列 一个周期 我需要采两个sensor 但其实我的AFE只有一套电路呀 对吧 所以其实两个sensor 它是一个分时采的 就采完一个马上采第二个 所以我们会有一个PPU这样一个单元呢 我们会把 比如说我们采完第一个sensor 我们会把第一个sensor采集对比出来的这个0 1值先存在 先处理完以后存在这个PPU里面 到了第二sensor采完以后 第二个sensor的值也存在这个PPU里面 这时候呢 我认为就相当于我的一个 一个采样的一个序列 算是完成了 当我一个采样序列完成以后呢 我才会把我存在我们PPU这个模块里面的 整个序列每一个sensor的这个状态 本文采集的这样一个状态呢 再传给我们叫process state machine 就是我们处理 专门用来处理的一个状态机 在这边 那这个state machine呢 就是去判断 通过我们 现在的一个每一个sensor的一个0 1状态 以及我们所存到我们 我们叫ESI RAM 大家可以看到这块有个ESI RAM 这个ESI RAM就是存我们状态机 跟我们process state machine PSM这个模块去共同配合 相当于说 我们sensor的机构定下来以后呢 那么我们sensor的整个一个你要去判断正转反转 还是说别的一个状态的话 会有一个状态机 这个状态机呢 我们会存在 这个状态机的状态呢 我们存在ESI RAM里头 专门有一个存储空间把它存下来 然后呢 通过我们PSM这个模块呢 我们再接收每一轮处理完以后每一个周期 采样周期序列采完以后的 每一个sensor的0 1状态以后呢 通过这个状态呢 那我们再去更新我们状态机的一个状态 更新完这个状态 相当于说我们现在就可以知道 我的这个采样时间点 我是出于正转 那还是出于反转 还是出于没有转 静止状态 那么这个block die ground的话 还有另外两块呢 大家可能还不太清楚 那我先讲我们最重要的一块 其实这块呢 也是基本上是处于 我们除了AFE的模拟前端以后呢 我们在整个Scan Interface里面最重要的一块 也是我们Scan Interface里的大脑 那刚才也讲到了 刚才那一幅幻灯片呢 我也给大家讲到就是说 我们所有这些过程呢 是不需要用户去介入的 不需要你去写多么复杂的代码 你去介入的 那我们内部是有一个非常复杂的一个状态机的一个单元 去做整个持续的一个控制 包括我们前面 你要去做充电 你要充电多久 你充电完以后呢 你每个状态的切换 我刚才讲了有二十 二十几个 有二十二个状态 那这些状态的一个切换 每一个状态呢 我是通过A clock低频时钟去做粗调呢 还是说我去通过高频时钟去做细调呢 我在什么时候我需要去打开我的DSE 去打开我的比较器 去做采样去做判断 我在什么时候呢 我需要去让我的PPU 我们的预处理单元 或者说我们的PSM 我的处理的状态机 我让它们去工作 整个这个一个流程 一个采样 采样周期的所有的这样一个动作呢 都是靠我们这个叫TSM这个大脑去做控制的 那么这个TSM的 它的时钟呢 会有三种时钟 第一种就是我们的低频时钟 我们的A clock 大家可以去借用我们的外部晶振 比如说32k的外部晶振 去做它的时钟 还有一种是我们可以去接我们的SM clock 那SM clock 它的来源就可以从我们芯片的DCU 也就我们的主时钟 从这边去过来高频的时钟 另外呢 这个TSM内部也集成了一个我们讲振荡器 这个时钟的频率大概在4.8兆赫兹 也是属于一个高频时钟 我们通常情况下会用这个内部的自带的一个时钟 那为什么会用内部自带时钟呢 这个稍后呢 在下一个幻灯片呢 我会给大家作一个说明 那么有一个问题需要指出的就是说 内部时钟 因为它的振荡频率呢 这个东西呢需要去校准 因为它每一片芯片会有一定的差异 这个东西需要去校准 但是大家也不用担心 这个内部时钟的校准的程序呢 TI也给大家提供了一个校准的一个源代码 那么大家写程序的时候呢 只需要把这个源代码提纯到你的工程中去 那么 这个内部时钟的校准工作就会自动地去执行 在你上电做预校准的时候呢 它会去做自动的执行 那么这个框图呢最后一部分呢 就是我们讲Timer A output stage 那这个模块是做什么用的呢 这个模块其实是说我们通过比较器的输出 以及我们预处理单元的一个两个输出信号 给它作为输入 另外呢 它通过这三个输入信号呢 它去做一个输出信号 输出到哪儿呢 输出到我们Timer A 我们片上的Timer A 那Timer A的一个capture 就是它的一个采集 采集信号端 那这个东西呢 用在哪里 其实用的不是非常多 但是呢它的作用就是说 用户可以在软件端通过Timer A计时呢 去判断出来 我在我现有的这样一个结构设计 我的sensor的一个设计情况下呢 那我的充电时间大概多长 我的整个振荡的时间 是在一个什么样的一个量级 什么样一个时间的一个值 那你通过这个 你可以去检测得到 那么讲完这个框图以后呢 大家再回过头去看我们右边的这个框图 那右边这个框图其实就很容易理解了 那AFE前端 其实跟前面那个AFE前端是基本相同 只不过它会只有一个AFE 那么前面那个呢 我们的叫Extended的Scan Interface呢 它会有两个AFE前端 那么它的DSE呢 它的精度呢 相对于我们的Extended的Scan Interface呢 会稍微低一点 它是10比特的 这样的一个DSE 那么后面的一个处理单元的话呢 它也没有我们这个叫预处理单元 它只有我们叫处理 叫process Processing State Machine 我们PSM这个模块 那么PSM呢 也相应地会有 而且呢 它也相应地会有内部的一个振荡器集成 另外一个Timer A的一个输出呢 在我们Scan Interface这个基础款这个IP盒呢 就不会去有这样一个额外的功能 那么看到这块大家可能觉得OK 你都讲完了 你刚才不是说要讲这个两个AFE前端 两个AFE前端有什么用呢 有人可能细心的朋友呢 可能会看到 虽然有两个AFE前端 但是呢 我整个处理的单元 包括我们的TSM 我们的Processing的这个PSM 这些并没有两份 也就是说这两个处理单元呢 它其实它所担当的功能是不一样的 虽然 它的这个AFE前端的这个电路是完全一样的 但它所作的功能是不一样的 那具体AFE2 就是我们后面的AFE2 这个东西 它是作什么用呢 在后面的一个章节呢 我会做一个比较详细的一个介绍 那么这些幻灯片呢就是说 其实是基于刚才我们所讲的这两个 两个 一个ESI 一个Extended的ESI 一个Scan Interface 一个Extended的 Scan Interface 那这两个模块 一个是基础款 一个是加强款 那么它们分别是在我们哪一颗芯片上呢 那我们Extended的Scan Interface 是我们简称叫ESI 是集成在我们最新款的MSP430FR6989 那么 可能熟悉的朋友就知道 就说我们的料号里FR就代表了是我们最新的FR系列 那我们的内部存储器是铁链存储的 那我们的Scan Interface呢 刚才我们所讲的右边的一幅图 那个基础款的 基础款的它是集成在我们MSP430FW427 这颗芯片里面 那它的存储器呢是Flash的 基于Flash的这样一个存储器 那么ESI 我们的Extended的Scan Interface呢 刚才在讲了 它是一个完全 完全独立的一个模块 去检测位置 那么这也是刚才我为什么讲 我们有内部的一个振荡器 那其实在我们工作的时候呢 我们可以基本上完全摆脱 完全不依赖于外部的任何的一个供给 包括外部时钟 因为有时候大家可能用某些模块 那这个模块可能它做的非常的低功耗或者怎么样的 但是由于你要去启动这个模块 你不得不去打开 比如说我要打开我的高频时钟 我的系统的主时钟 那其实这个 这样的一个模式呢就不算是完全独立的 那相对于这个模式来说 那我们的Extended的Scan Interface 或者我们的Scan Interface 由于他们内部集成了这样一个振荡器 高频的一个振荡器 所以它在工作的时候呢 是完全不需要我们CPU内核包括我们系统的主时钟 去参与到的 那么Scan Interface呢 它相比于我们叫 Extended的Scan Interface 相比于我们的Scan Interface呢 它所能支持的一个传感器的数量呢 它会多一个 在我们的PSM处理单元 它会支持同时去处理三个 三个传感器 但是呢在我们的Scan Interface 就是我们FW427里面呢 它可以同时去处理两个sensors 去的一个状态 那么 另外一区别呢 其实就是说 我有ESI 会有两个AFE 但是呢 我们的Scan Interface呢只有一个AFE 那么从DAC的这样一个精度上呢 ESI的这块呢精度也会更高一些 那其他的东西呢 带来的好处呢 其实 我这里作一个比较简要的一个总结 那么从功耗上面来讲的话 因为ESI的这个 这个模块呢 它的集成度会更高一些 其实就是说 它把很多可能我们Scan Interface 需要去软件去处理的那些逻辑呢 它也有相应的一个逻辑去处理了 那么它的功耗呢相比于我们Scan Interface呢 会更低 当然Scan Interface的那个功耗呢也是非常低的 那稍后我会有一张功耗的一个对比图 大家可以看到我们基于TI的Scan Interface这样一个大的技术 那我们的功耗优势到底有多么大的一个优势 另外呢 就是说 从我们的ESI的话 我们有两个AFE 那么我们可以去做一些ontime的re-calibration 就在线的一些自校转 那么12比特的DSE呢 它也可以带来一个更好的一个检测的一个状态 状态检测的一个性能 因为我们可以对我们的一个预值的一个电压 我们的reference voltage 我们会做一个更精确的 更精细的一个设置 那另外就是说 像我们一些 因为我们是独立的一个模块 所以用户在去用它的时候呢 也会非常简单 你不需要去调用其他的模块 比如说我们的CPU内核或者其他别的模块去做相应的配合 那么你使用过程中 相匹于你的代码也会非常简单 当然这个代码呢 TI也会提供相应的一个参考的一个工程 那用户呢 只需要在这个参考工程上面你去修改 基于你设计 你的sensor的设计 那相应的一些参数 那其他的整个工程的源代码 工程的架构 都是TI免费提供给 公开给大家的 大家不用去在这方面去花时间去看 那么这幅幻灯片呢 其实给大家简要地介绍了一下 我们基于TI的Scan Interface这样一个技术呢 我们所支持的不同类型 不同类型的一个sensor 那么其实第一个sensor就是我们刚才所讲的那种LC的sensor 这种sensor呢 有的是去检测这个振荡 检测振荡的波形 有的是去检测整个波形的一个包络 通过检测包络去做 但是呢 大同小异 其实它内部的 就是说整个sensor的原理就是LC的这种自激振荡 自激的这种振荡 那么第二种类型就是我们叫磁传感器 那我们的那个转轮 它是带磁性的 有磁性的 那我们通过磁传感器呢 可以检测到这个磁性的一个变化 磁性的一个变化 那么通过这个变化呢 我就可以判断出来你这个转轮呢 是怎么样一个状态 正转反转还是停止 对吧 那么最后一个呢可能也 相对来说比较简单比较老的一个技术 就是我们的那种光传感器 光电制度这样一个传感器 去做检测 那么这三种传感器类型呢 那基于TI的Scan Interface 我们刚才讲到的那样一个 那个模块 那个集成在我们430单片机里面的这样一个模块呢都是可以支持的 大家都是可以去采集 可以去处理的 那么相应的对于三种类型的 三种类型的这个模块呢 我们的一个TI也给大家提供了 三篇我们的技术文档 我们TI叫APP note Application note 应用的一个文档 每个应用文档里面对相应的这种检测的方式呢 会做一个比较详细的介绍 而且我们会有一些示例的工程 硬件软件的示例工程 我们那个测试的一个值 方法 一些系统的设计原理 都会有一个相应的介绍 大家如果去 如果你所做的项目 或者说你对某一种类型的sensor感兴趣的话 大家可以去参考这个 但是呢 我们今天主要还是 主要还是集中于讲这种类型的sensor
那刚才我的同时他也帮大家介绍了
就是说现有市面上的一些比较常用比较流行的几种
这种流量计的方案
像包括超声波 包括一些
一些高磁磁流量计啊
还有一些机械式的流量计
那么刚才我们的同事也讲了
我们今天会着重
着重在我们的机械式
机械传动式的这样一个流量体的一个检测
因为这种机械式传动呢现在在市面上相对来说
是比较常见比较常用的一种方式
那可能我认为可能就是说
很多情况下呢 我们一个低成本的一个因素呢
大家还是比较在意的
那么在这种情况下呢
因为这种机械式的传动呢
它有这样一个 就是说一些
一些缺点
那怎么样我们可以去把这些缺点呢
给它最小化
那其实
其实呢 就是基于我们TI这样的一些Scan Interface的一个技术的话
我们会有一些比较好的提升
那么这一页呢 大家可以看到就是说
我们TI的MSP430单片机的一个Scan Interface的一个技术的
一个介绍
首先 第一我可以看到的就是说我们的一个系统框图
那这个系统框图的话
是介绍的一种我们叫做机械式传动
机械传动的一种流量计的一个系统框图
当然了 你如果要用超声波或者说其他几种技术的话
只需要去看到就是它的模拟前端的一个变化
其他的部分呢 也不会有太大的变化
那么机械式传动呢 其实它也分为好几种类型啊
那么第一种类型就是我们今天会着重讲的
我们叫LC sensor
就是我们的电容和电感组成的一个检测的一个sensor去检测
第二种呢就是我们 大家应该也有所了解
我们GMR sensor
还有我们的这种光电直读压仪 还有干簧管
那这些技术呢都是基于机械传动式的
这一个大类一个流量计的一个技术
当然后面呢 我所支持的一个sensor的类型呢
同时也支持超声波的一个sensor
那么大家看到这一个框图
这个框图在TI的官网上会有相应的一个框图
那每个部分呢 大家也可以去点开去看到我们相应的一个
对应的我们TI的一个芯片产品
以及TI免费为大家提供的一些参考设计
我们叫TI design
还有我们一些很多的文档啊 APP note这些东西
那么看到这个
那么看这个框图的话呢
这个框图因为它是做一个比较典型的框图啊
那么这部分呢
是我们的模拟前端
那通过模拟前端 我们去把我们前端的sensor所检测到的信号
给它全部采集回来
做一定的处理
那中间这一块呢
是我们的MCU
那是我们MCU的话 它其实一般情况下在这样一个流量计的话
它会集成有SCD SCD driver
那么再往下面呢
我们会有一些RF的连接
还有一些有线的一些wired的连接
还有一些我们的电源 电源部分
这些部分呢 是构成一个流量计的一个不可或缺的
一个整个的一个系统的框图
那么 我们今天所讲的基于MSP430 Scan Interface技术的
这样一个solution的话呢
其实我们TI的方案呢 它是把这样的一个模拟前端
模拟前端的检测电路
和我们的MCU是集成在同一颗
MSP430的芯片里面去
那我们所谓的模拟前端呢
就是我们今天所讲的Scan Interface的一个外设IP盒
那说到Scan Interface呢 大家可能听到这个英文单词呢
大家也比较一头雾水啊
那说这个东西 你TI做这个东西
到底是什么样一个原理呢
那所以我今天在这边呢 我会简单地给大家解释一下我们Scan Interface的
我会简单地给大家解释一下我们Scan Interface的一个工作原理
其实也是我们LC sensor 这样一种检测方式它的一个工作原理
当然 Scan Interface本身内部的它的电路以及逻辑是非常复杂完备的
以及逻辑是非常复杂完备的
如果大家要看比较详细的一个介绍呢
可以去到我们TI官网上去看我们的相应的器件的
一个user guide 就用户手册
用户手册上面会有非常详细的一个介绍
那么今天在这边呢
我会着重用一些图去给大家介绍这样一个技术的工作原理
那么在这一页幻灯片里面呢
大家可以看到有三个波形
其实呢 应该是两个波形
那第三个波形是前面两个波形的一个集合
那么第一个红色的波形呢其实是说
我们的LC sensor 它在我们所谓的叫转盘
转盘我们叫disk的
转盘 转盘它是一半是金属
另外一半是非金属
那这边的金属呢比较常用的
比如说不锈钢
比如说铜
比如说铝
那当然了 从我们的效果来讲的话不锈钢呢可能会更好一些
也应用范围会更多一些
那么第一幅图就是说 我们的LC sensor是在我们底下这个转盘
有不锈钢 有金属的这一半外面的时候
你可以看到这个红色的一个振荡的波形图
那么第二幅图呢
是在我们的LC sensor
在没有金属的那一半转轮的时候的
它所检测到
就是说你在那个sensor端你能采集到的
大家可以用示波器都可以去采集到
你采集到的这样一个振荡的一个波形图
那么这两个波形图有什么区别呢
那大家可以看到我们第三幅图
第三幅图其实是我们把两幅图给它并起来去对比
那么蓝色的那个线
就是我们第二幅波形图的那个包络曲线
那么红色的是我们第一幅图的包络曲线
那大家可以看到就是说
第二幅图一个包络曲线呢
相对来说它的振荡的幅值
或者说它的衰减的速度
相对第一幅图那个红色的曲线会慢一些
那这是为什么呢
就是说我们LC sensor 在它的附近有靠近有金属转盘的时候呢
由于金属的一些涡流的一个产生衰减
导致我们LC sensor上面的 它的一个波形的衰减速度
要比没有金属的情况下要更快一些
那这是一个比较基础的物理现象了
那么 我们TI的Scan Interface 这样一个IP盒呢
或者说我们LC sensor这样一种流量计一个机械的检测方式呢
就是基于这样一个基本的物理现象
我们来做检测
那我们检测的就是说 这个衰减的速度
或者说在某一点上
我看我衰减的幅值的一个变化
那幅值大小的一个变化是不是能够超过我的预值
我来检测你是处在有金属的那一半呢
还是处在没有金属的这一半
那这样一个位置的一个检测呢
通过后面的 我们再加
比如说两个或者三个sensor
然后呢 我相应的一个状态图
我就可以去判断出来我的转盘的一个转动的一个动作
我是正转 还是反转
并且相应的我可以计算出来它的转速
那大家会有一个问题了
就是说 你这两个波形图 你的衰减速度不同
导致了你在某一点上的你的波形的幅值
会有不同
那你采的时候呢 你是采哪一点呢
你采哪个位置呢
其实这个图上呢 大家可以比较
比较直观地看出来一个大概的趋势
就是说在整个振荡波形的两端
就是它的开始初期
以及它的最后末期
其实这两个波形图它的差别是非常微小的
是在中间的某一个位置 它的振荡的波形
它的幅值的差别是最大的
所以呢 我们的工作原理就是说
我们需要去采集中间的某一个点
或者中间靠后的某一个点上面
我们认为在这个地方呢 它的幅值的反差是最大的时候呢
我们在这个时候去采它
那我们的信号会最强的
那么这个幅图可能对我们的工作原理呢接着上一幅
上一幅那个幻灯片的话
会有一个更详细的一个解释
那么上面那个图呢
我们可以看到其实跟上一幅图的一个介绍是差不多的
可能会更明显一些
那么我的sensor1
我们的sensor1 1号sensor的话
它是处在我们非金属的这个转盘的上面
那这时候我的波形的那个振荡呢
这衰减速度呢
相对来说会比较慢一些
那么sensor2呢
它是在我们金属这一侧
那么它的振荡的衰减呢
会相对来说比较快一些
那如果说或我们把sensor1跟sensor2叠加起来的话
我们可以大概看到 就是说我们需要在差不多中间靠后的某一个位置
差不多中间靠后的某一个位置去检测 去做判断
判断我的 到底是属于sensor1的这样一个状态呢
还是属于sensor2的这样一个状态呢
那所以下面这幅图呢 其实就是说从实际操作的角度呢
从实际我们模块工作原理的角度呢
来给大家做了一个比较直观的一个解释
那大家可以看到有两个时间
可能屏幕大家看得不太清楚
那我跟大家解释一下
就是说 我们把时间分成两段
前面那一段叫t delay
后面那一段叫t gate
delay t delay 就是延迟 延迟的时间
t gate就是在这个时候呢 我们去检测的一个时间
那么这个波形其实它
它可以如果按照我们内部 我们模块的一个分段的话
整个这个波形按照时间来分段的话
我们大家可能分出十几到二十
二十个左右的一个时间段
那我们叫状态
那二十多个状态
那么首先其实呢
我们需要通过我们的器件 我们ESR的一个
就是说Scan Interface这样一个模块呢
通过我们MCU给到我们LC sensor
要充电 对吧
你LC sensor你要振荡
首先你的电容需要充电
所以第一个状态呢 在这里面并没有标出来
第一个状态其实是说 我们的芯片会有一个输出
给到我们电容做一个充电
大概一个微秒左右
这样一个充电
的一个时间
保证它的电容充满电
这时候呢 在这种状态下呢
我们把它所有的这个检测口呢 再给它重新转化为输入
那这时候你充满电以后 你转化成输入
这时候我的整个LC sensor 它会自激振荡
自己会振荡起来
振荡的频率呢 当然也取决于我们LC的一个取值
取决于LC sensor的一个频率参数
对吧
那当它开始振荡以后呢 这时候我们内部的一个
这个Scan Interface的模块呢
就会有一个非常复杂的 我们非常精密的一套逻辑
那我们会去通过我们两种频率的时钟
一个是基于我们A clock A clock就我们低频时钟
另外一个是基于我们一个高频时钟
那么两个时钟去配合地去做
首先我们会去用A clock去延时
延时的目的呢 刚才上一幅图也给大家讲了
我们需要在一个中间靠后 大概这样一个位置去采
那么具体哪个位置去采呢
这个东西呢 大家不用去考虑
不用去担心
这个是我们模块它通过上电自校以后呢
它会去确定我每一次 我振荡开始以后呢
我需要多长时间去采
并且在每一次采的这个时候呢
它会有两个clock
首次用A clock这样一个低频的一个clock
去迅速地去粗调
你可以认为比如说我们 我们相机拍照的时候呢
这个焦距一个粗调的一个旋钮 对吧
那首先用粗调的旋钮呢去让它迅速地到达我们大概的这样一个区域
我们需要采的区域
然后呢 在这个时候呢 它进入另外一个状态以后呢
它会去用我们的高频时钟
那么高频时钟去做校正的时候呢
做采样点的一个t delay的一个定位的时候呢
它会去做细调
那细调加粗调完成以后呢
我们就确定了 t delay
t delay 这个时间大概在哪个位置
我们就会确定这个时间点
但你确定这个时间点以后呢
这个时候我们Scan Interface内部的DSE
和内部的比较器
它会打开
当DSE和比较器打开以后呢
这个时候我们就去采
采我们这个波形值
然后呢 跟我们比较器的一端的输入
是我们这个LC振荡器的一个振荡波形
另外一端的输入呢
是我们DSE内部集成的一个高精度的DSE
它生成的一个电压的一个参考值
我们跟这个电压的参考值呢
那么下面这幅图绿色那根线
V R E F Vref
就是我们的一个预值
那大家可以看到这两幅图呢
明显当我们在处于t gate 也就是我们采集这个信号的这段时间内的话
左侧的这个图 它的振荡波形是低于Vref
低于我们的预值
这个参考电压的
那么右侧的这部分
t gate 这个时间段内呢
它的一个幅值呢是高于我们绿色的这根线
就是我们的Vref Vref我们的预值的
那么通过这样一个对比呢
我们就可以去判断出来在左侧
左侧我们是属于
有金属转盘 就是转盘有金属那一半面的状态
那么我们内部呢 我们把它的状态记为0
我们的一个0状态
那么右侧呢
相应地 我们把它的状态记为1
那么这幅图中其实还有一个很关键的一个点
图中并没有完全明确地一个表示出来
那么大家也知道就是说 LC的振荡波形呢
它后面振荡 它会一直做振荡
越往后呢 它的幅值会越低
但它可以振荡的时间非常长
那我们其实可以看到通过这两幅图呢
我们看到 我们其实最关键最想要的是t gate
这段时间的波形
那只要这段时间的波形我们采到了
后面的波形呢其实对我们来说是无用的
不只是无用 反而有可能会干扰到我们下一次的振荡采集
或者说会对我们的系统啊做一些功耗
或者别的方面的一些干扰
那么这时候其实当我么t gate采集完了以后呢
我们的Scan Interface模块呢
会做一个主动的对这个LC电路做一个主动短路
那让它的振荡迅速地结束
以至于不会去影响到下一次的振荡
那么这幅幻灯片呢
展现的是我们TI的Scan Interface的一个技术的这个模块的一个框图
那么有两个框图
那右侧呢 是我们传统的 我们TI的基础款的
Scan Interface
左侧呢 是我们加强版的 Extended Extended Scan Interface
我们叫ESI 那么右侧叫SI
那么其实呢 这两个呢 我可以认为就是说
右侧呢是一个基础款 左侧是一个加强款
那么我为了给大家讲一个完整的一个信息的话
我会着重在讲左侧这个 我们叫Extended的Scan Interface
那么它基本上也包含了我们右侧的Scan Interface
这些一些基本的模块
那么通过左侧这个框图呢
我们可以看到就是说最左边
就是我们的接口
我们Scan Interface 或者说我们Extended的 Scan Interface
它的连接我们LC sensor 或者说连接我们其他几种类型的sensor的
我们这样一个接口
我们通过这样一个接口呢
大家可能看不太清楚
它连接在
连接在这个
电容电感的这个sensor上面的这个管脚呢叫ESICH
0 1 2 3 对
那这个管脚呢 其实它是一个双向的
那我们刚才也讲到了 刚才那个波形大家也看到
就是说我最开始会有一个大概一个微秒的一个输出
去给这个电容充电
那这个也是通过我们内部的这样一个Scan Interface去做这个工作的
当我充电完成以后呢 我会马上把它切成一个输入
这时候呢我会去接收采集它的一个LC的自激振荡的一个振荡波形
那么这个大的框图的就我现在画到的这个大的呢
就是我们最开始在那个
系统框图里面看到的那个模拟前端
那我们叫AFE AFE呢我们有两个AFE
那这块呢我先给大家卖个关子啊
那我先着重讲我们的第一个AFE
其实我们两个AFE 它的内部构造是完全相同的 对
那我讲第一个AFE 大家可以看到就是说
它内部有一个½AVCC
相当于½的供电电压
这个东西呢 其实就是给我们的LC sensor作充电用的
那么通过一个分路器
那我们会连接到我们这个比较器 比较器的一个正端
正极输入
在比较器的负极输入呢
我们会有一个12比特的一个DSE
这个12比特得DSE是我们刚才上一幅图给大家讲的
就是说它会去生成一个reference 参考电压
当然 参考电压呢 我们这边的话 DSE可以生成两个参考电压
那为什么要生成两个参考电压呢
那可能用过的我们的观众呢就会知道
我们有个 模拟电路有一个迟滞的现象
所以我们会有一个高
就是说我们叫high level的一个参考电压
我们还有一个低端的 就是一个low level的一个参考电压
那通过这两个参考电压的一个灵活的设置啊
这个设置呢 我们用户可以通过软件去自由地去配置
并且可以在校正的过程中呢 会实时地给它做配置
那么通过这两个电压
也就是说我们采集回来的一个自激的一个波形
以及我们参考电压的一个对比呢
大家可以回想到上一幅图
那我们就可以判断出来你现在的状态
你这个LC sensor是处在这个转轮的金属一侧呢
还是非金属一侧
那么 其实大家就可以想象就是说
到时候我们采到一个值就是一个0,1
如果金属转轮在转的话
它就是一个0 1 0 1 0 1跳变的这样一个过程
那这个值呢 我们会放在哪儿呢
通过我们这样一个比较器的输出呢
它是连在我们叫pre-processing unit 我们叫PPU
PPU这个模块
这我现在圈的这个小的模块
这个PPU是做什么呢
我们叫pre-processing unit 也就是预处理单元
为什么会有这样一个预处理单元呢
那你想想 就是说我们现在这幅图里面
我们是有两个sensor
那相当于就是说我采完一个序列 一个周期
我需要采两个sensor
但其实我的AFE只有一套电路呀 对吧
所以其实两个sensor 它是一个分时采的
就采完一个马上采第二个
所以我们会有一个PPU这样一个单元呢
我们会把
比如说我们采完第一个sensor
我们会把第一个sensor采集对比出来的这个0 1值先存在
先处理完以后存在这个PPU里面
到了第二sensor采完以后
第二个sensor的值也存在这个PPU里面
这时候呢 我认为就相当于我的一个 一个采样的一个序列
算是完成了
当我一个采样序列完成以后呢
我才会把我存在我们PPU这个模块里面的
整个序列每一个sensor的这个状态 本文采集的这样一个状态呢
再传给我们叫process state machine
就是我们处理 专门用来处理的一个状态机
在这边
那这个state machine呢 就是去判断
通过我们
现在的一个每一个sensor的一个0 1状态
以及我们所存到我们 我们叫ESI RAM
大家可以看到这块有个ESI RAM
这个ESI RAM就是存我们状态机
跟我们process state machine PSM这个模块去共同配合
相当于说 我们sensor的机构定下来以后呢
那么我们sensor的整个一个你要去判断正转反转
还是说别的一个状态的话
会有一个状态机
这个状态机呢 我们会存在
这个状态机的状态呢 我们存在ESI RAM里头
专门有一个存储空间把它存下来
然后呢 通过我们PSM这个模块呢
我们再接收每一轮处理完以后每一个周期
采样周期序列采完以后的 每一个sensor的0 1状态以后呢
通过这个状态呢
那我们再去更新我们状态机的一个状态
更新完这个状态 相当于说我们现在就可以知道
我的这个采样时间点 我是出于正转
那还是出于反转
还是出于没有转
静止状态
那么这个block die ground的话
还有另外两块呢 大家可能还不太清楚
那我先讲我们最重要的一块
其实这块呢
也是基本上是处于 我们除了AFE的模拟前端以后呢
我们在整个Scan Interface里面最重要的一块
也是我们Scan Interface里的大脑
那刚才也讲到了 刚才那一幅幻灯片呢
我也给大家讲到就是说 我们所有这些过程呢
是不需要用户去介入的
不需要你去写多么复杂的代码 你去介入的
那我们内部是有一个非常复杂的一个状态机的一个单元
去做整个持续的一个控制
包括我们前面 你要去做充电
你要充电多久 你充电完以后呢
你每个状态的切换
我刚才讲了有二十 二十几个
有二十二个状态
那这些状态的一个切换
每一个状态呢 我是通过A clock低频时钟去做粗调呢
还是说我去通过高频时钟去做细调呢
我在什么时候我需要去打开我的DSE 去打开我的比较器
去做采样去做判断
我在什么时候呢 我需要去让我的PPU 我们的预处理单元
或者说我们的PSM 我的处理的状态机
我让它们去工作
整个这个一个流程 一个采样
采样周期的所有的这样一个动作呢
都是靠我们这个叫TSM这个大脑去做控制的
那么这个TSM的 它的时钟呢
会有三种时钟
第一种就是我们的低频时钟
我们的A clock
大家可以去借用我们的外部晶振
比如说32k的外部晶振
去做它的时钟
还有一种是我们可以去接我们的SM clock
那SM clock 它的来源就可以从我们芯片的DCU
也就我们的主时钟
从这边去过来高频的时钟
另外呢 这个TSM内部也集成了一个我们讲振荡器
这个时钟的频率大概在4.8兆赫兹
也是属于一个高频时钟
我们通常情况下会用这个内部的自带的一个时钟
那为什么会用内部自带时钟呢
这个稍后呢 在下一个幻灯片呢 我会给大家作一个说明
那么有一个问题需要指出的就是说
内部时钟 因为它的振荡频率呢 这个东西呢需要去校准
因为它每一片芯片会有一定的差异
这个东西需要去校准
但是大家也不用担心
这个内部时钟的校准的程序呢
TI也给大家提供了一个校准的一个源代码
那么大家写程序的时候呢
只需要把这个源代码提纯到你的工程中去
那么 这个内部时钟的校准工作就会自动地去执行
在你上电做预校准的时候呢
它会去做自动的执行
那么这个框图呢最后一部分呢
就是我们讲Timer A output stage
那这个模块是做什么用的呢
这个模块其实是说我们通过比较器的输出
以及我们预处理单元的一个两个输出信号
给它作为输入
另外呢 它通过这三个输入信号呢
它去做一个输出信号 输出到哪儿呢
输出到我们Timer A 我们片上的Timer A
那Timer A的一个capture 就是它的一个采集
采集信号端
那这个东西呢 用在哪里
其实用的不是非常多 但是呢它的作用就是说
用户可以在软件端通过Timer A计时呢
去判断出来 我在我现有的这样一个结构设计
我的sensor的一个设计情况下呢
那我的充电时间大概多长
我的整个振荡的时间
是在一个什么样的一个量级 什么样一个时间的一个值
那你通过这个 你可以去检测得到
那么讲完这个框图以后呢
大家再回过头去看我们右边的这个框图
那右边这个框图其实就很容易理解了
那AFE前端
其实跟前面那个AFE前端是基本相同
只不过它会只有一个AFE
那么前面那个呢
我们的叫Extended的Scan Interface呢
它会有两个AFE前端
那么它的DSE呢 它的精度呢
相对于我们的Extended的Scan Interface呢
会稍微低一点
它是10比特的
这样的一个DSE
那么后面的一个处理单元的话呢
它也没有我们这个叫预处理单元
它只有我们叫处理 叫process Processing State Machine
我们PSM这个模块
那么PSM呢 也相应地会有
而且呢 它也相应地会有内部的一个振荡器集成
另外一个Timer A的一个输出呢
在我们Scan Interface这个基础款这个IP盒呢
就不会去有这样一个额外的功能
那么看到这块大家可能觉得OK
你都讲完了 你刚才不是说要讲这个两个AFE前端
两个AFE前端有什么用呢
有人可能细心的朋友呢 可能会看到
虽然有两个AFE前端
但是呢 我整个处理的单元
包括我们的TSM
我们的Processing的这个PSM
这些并没有两份 也就是说这两个处理单元呢
它其实它所担当的功能是不一样的
虽然 它的这个AFE前端的这个电路是完全一样的
但它所作的功能是不一样的
那具体AFE2 就是我们后面的AFE2
这个东西 它是作什么用呢
在后面的一个章节呢
我会做一个比较详细的一个介绍
那么这些幻灯片呢就是说
其实是基于刚才我们所讲的这两个
两个 一个ESI 一个Extended的ESI
一个Scan Interface 一个Extended的 Scan Interface
那这两个模块
一个是基础款 一个是加强款
那么它们分别是在我们哪一颗芯片上呢
那我们Extended的Scan Interface
是我们简称叫ESI
是集成在我们最新款的MSP430FR6989
那么 可能熟悉的朋友就知道
就说我们的料号里FR就代表了是我们最新的FR系列
那我们的内部存储器是铁链存储的
那我们的Scan Interface呢
刚才我们所讲的右边的一幅图
那个基础款的
基础款的它是集成在我们MSP430FW427
这颗芯片里面
那它的存储器呢是Flash的
基于Flash的这样一个存储器
那么ESI 我们的Extended的Scan Interface呢
刚才在讲了 它是一个完全 完全独立的一个模块
去检测位置
那么这也是刚才我为什么讲
我们有内部的一个振荡器
那其实在我们工作的时候呢
我们可以基本上完全摆脱
完全不依赖于外部的任何的一个供给
包括外部时钟
因为有时候大家可能用某些模块
那这个模块可能它做的非常的低功耗或者怎么样的
但是由于你要去启动这个模块
你不得不去打开
比如说我要打开我的高频时钟
我的系统的主时钟
那其实这个 这样的一个模式呢就不算是完全独立的
那相对于这个模式来说
那我们的Extended的Scan Interface 或者我们的Scan Interface
由于他们内部集成了这样一个振荡器
高频的一个振荡器
所以它在工作的时候呢
是完全不需要我们CPU内核包括我们系统的主时钟
去参与到的
那么Scan Interface呢
它相比于我们叫
Extended的Scan Interface 相比于我们的Scan Interface呢
它所能支持的一个传感器的数量呢
它会多一个
在我们的PSM处理单元
它会支持同时去处理三个
三个传感器
但是呢在我们的Scan Interface 就是我们FW427里面呢
它可以同时去处理两个sensors
去的一个状态
那么 另外一区别呢 其实就是说
我有ESI
会有两个AFE
但是呢 我们的Scan Interface呢只有一个AFE
那么从DAC的这样一个精度上呢
ESI的这块呢精度也会更高一些
那其他的东西呢
带来的好处呢 其实
我这里作一个比较简要的一个总结
那么从功耗上面来讲的话
因为ESI的这个 这个模块呢
它的集成度会更高一些
其实就是说 它把很多可能我们Scan Interface
需要去软件去处理的那些逻辑呢
它也有相应的一个逻辑去处理了
那么它的功耗呢相比于我们Scan Interface呢
会更低
当然Scan Interface的那个功耗呢也是非常低的
那稍后我会有一张功耗的一个对比图
大家可以看到我们基于TI的Scan Interface这样一个大的技术
那我们的功耗优势到底有多么大的一个优势
另外呢 就是说 从我们的ESI的话
我们有两个AFE 那么我们可以去做一些ontime的re-calibration
就在线的一些自校转
那么12比特的DSE呢
它也可以带来一个更好的一个检测的一个状态
状态检测的一个性能
因为我们可以对我们的一个预值的一个电压
我们的reference voltage
我们会做一个更精确的 更精细的一个设置
那另外就是说 像我们一些
因为我们是独立的一个模块
所以用户在去用它的时候呢 也会非常简单
你不需要去调用其他的模块
比如说我们的CPU内核或者其他别的模块去做相应的配合
那么你使用过程中 相匹于你的代码也会非常简单
当然这个代码呢 TI也会提供相应的一个参考的一个工程
那用户呢 只需要在这个参考工程上面你去修改
基于你设计 你的sensor的设计
那相应的一些参数
那其他的整个工程的源代码 工程的架构
都是TI免费提供给 公开给大家的
大家不用去在这方面去花时间去看
那么这幅幻灯片呢 其实给大家简要地介绍了一下
我们基于TI的Scan Interface这样一个技术呢
我们所支持的不同类型 不同类型的一个sensor
那么其实第一个sensor就是我们刚才所讲的那种LC的sensor
这种sensor呢 有的是去检测这个振荡
检测振荡的波形
有的是去检测整个波形的一个包络
通过检测包络去做
但是呢 大同小异 其实它内部的
就是说整个sensor的原理就是LC的这种自激振荡
自激的这种振荡
那么第二种类型就是我们叫磁传感器
那我们的那个转轮 它是带磁性的 有磁性的
那我们通过磁传感器呢 可以检测到这个磁性的一个变化
磁性的一个变化
那么通过这个变化呢 我就可以判断出来你这个转轮呢
是怎么样一个状态 正转反转还是停止 对吧
那么最后一个呢可能也 相对来说比较简单比较老的一个技术
就是我们的那种光传感器 光电制度这样一个传感器
去做检测
那么这三种传感器类型呢
那基于TI的Scan Interface 我们刚才讲到的那样一个 那个模块
那个集成在我们430单片机里面的这样一个模块呢都是可以支持的
大家都是可以去采集 可以去处理的
那么相应的对于三种类型的
三种类型的这个模块呢 我们的一个TI也给大家提供了
三篇我们的技术文档
我们TI叫APP note
Application note
应用的一个文档
每个应用文档里面对相应的这种检测的方式呢
会做一个比较详细的介绍
而且我们会有一些示例的工程 硬件软件的示例工程
我们那个测试的一个值 方法
一些系统的设计原理 都会有一个相应的介绍
大家如果去 如果你所做的项目
或者说你对某一种类型的sensor感兴趣的话
大家可以去参考这个
但是呢 我们今天主要还是
主要还是集中于讲这种类型的sensor
那刚才我的同时他也帮大家介绍了 就是说现有市面上的一些比较常用比较流行的几种 这种流量计的方案 像包括超声波 包括一些 一些高磁磁流量计啊 还有一些机械式的流量计 那么刚才我们的同事也讲了 我们今天会着重 着重在我们的机械式 机械传动式的这样一个流量体的一个检测 因为这种机械式传动呢现在在市面上相对来说 是比较常见比较常用的一种方式 那可能我认为可能就是说 很多情况下呢 我们一个低成本的一个因素呢 大家还是比较在意的 那么在这种情况下呢 因为这种机械式的传动呢 它有这样一个 就是说一些 一些缺点 那怎么样我们可以去把这些缺点呢 给它最小化 那其实 其实呢 就是基于我们TI这样的一些Scan Interface的一个技术的话 我们会有一些比较好的提升 那么这一页呢 大家可以看到就是说 我们TI的MSP430单片机的一个Scan Interface的一个技术的 一个介绍 首先 第一我可以看到的就是说我们的一个系统框图 那这个系统框图的话 是介绍的一种我们叫做机械式传动 机械传动的一种流量计的一个系统框图 当然了 你如果要用超声波或者说其他几种技术的话 只需要去看到就是它的模拟前端的一个变化 其他的部分呢 也不会有太大的变化 那么机械式传动呢 其实它也分为好几种类型啊 那么第一种类型就是我们今天会着重讲的 我们叫LC sensor 就是我们的电容和电感组成的一个检测的一个sensor去检测 第二种呢就是我们 大家应该也有所了解 我们GMR sensor 还有我们的这种光电直读压仪 还有干簧管 那这些技术呢都是基于机械传动式的 这一个大类一个流量计的一个技术 当然后面呢 我所支持的一个sensor的类型呢 同时也支持超声波的一个sensor 那么大家看到这一个框图 这个框图在TI的官网上会有相应的一个框图 那每个部分呢 大家也可以去点开去看到我们相应的一个 对应的我们TI的一个芯片产品 以及TI免费为大家提供的一些参考设计 我们叫TI design 还有我们一些很多的文档啊 APP note这些东西 那么看到这个 那么看这个框图的话呢 这个框图因为它是做一个比较典型的框图啊 那么这部分呢 是我们的模拟前端 那通过模拟前端 我们去把我们前端的sensor所检测到的信号 给它全部采集回来 做一定的处理 那中间这一块呢 是我们的MCU 那是我们MCU的话 它其实一般情况下在这样一个流量计的话 它会集成有SCD SCD driver 那么再往下面呢 我们会有一些RF的连接 还有一些有线的一些wired的连接 还有一些我们的电源 电源部分 这些部分呢 是构成一个流量计的一个不可或缺的 一个整个的一个系统的框图 那么 我们今天所讲的基于MSP430 Scan Interface技术的 这样一个solution的话呢 其实我们TI的方案呢 它是把这样的一个模拟前端 模拟前端的检测电路 和我们的MCU是集成在同一颗 MSP430的芯片里面去 那我们所谓的模拟前端呢 就是我们今天所讲的Scan Interface的一个外设IP盒 那说到Scan Interface呢 大家可能听到这个英文单词呢 大家也比较一头雾水啊 那说这个东西 你TI做这个东西 到底是什么样一个原理呢 那所以我今天在这边呢 我会简单地给大家解释一下我们Scan Interface的 我会简单地给大家解释一下我们Scan Interface的一个工作原理 其实也是我们LC sensor 这样一种检测方式它的一个工作原理 当然 Scan Interface本身内部的它的电路以及逻辑是非常复杂完备的 以及逻辑是非常复杂完备的 如果大家要看比较详细的一个介绍呢 可以去到我们TI官网上去看我们的相应的器件的 一个user guide 就用户手册 用户手册上面会有非常详细的一个介绍 那么今天在这边呢 我会着重用一些图去给大家介绍这样一个技术的工作原理 那么在这一页幻灯片里面呢 大家可以看到有三个波形 其实呢 应该是两个波形 那第三个波形是前面两个波形的一个集合 那么第一个红色的波形呢其实是说 我们的LC sensor 它在我们所谓的叫转盘 转盘我们叫disk的 转盘 转盘它是一半是金属 另外一半是非金属 那这边的金属呢比较常用的 比如说不锈钢 比如说铜 比如说铝 那当然了 从我们的效果来讲的话不锈钢呢可能会更好一些 也应用范围会更多一些 那么第一幅图就是说 我们的LC sensor是在我们底下这个转盘 有不锈钢 有金属的这一半外面的时候 你可以看到这个红色的一个振荡的波形图 那么第二幅图呢 是在我们的LC sensor 在没有金属的那一半转轮的时候的 它所检测到 就是说你在那个sensor端你能采集到的 大家可以用示波器都可以去采集到 你采集到的这样一个振荡的一个波形图 那么这两个波形图有什么区别呢 那大家可以看到我们第三幅图 第三幅图其实是我们把两幅图给它并起来去对比 那么蓝色的那个线 就是我们第二幅波形图的那个包络曲线 那么红色的是我们第一幅图的包络曲线 那大家可以看到就是说 第二幅图一个包络曲线呢 相对来说它的振荡的幅值 或者说它的衰减的速度 相对第一幅图那个红色的曲线会慢一些 那这是为什么呢 就是说我们LC sensor 在它的附近有靠近有金属转盘的时候呢 由于金属的一些涡流的一个产生衰减 导致我们LC sensor上面的 它的一个波形的衰减速度 要比没有金属的情况下要更快一些 那这是一个比较基础的物理现象了 那么 我们TI的Scan Interface 这样一个IP盒呢 或者说我们LC sensor这样一种流量计一个机械的检测方式呢 就是基于这样一个基本的物理现象 我们来做检测 那我们检测的就是说 这个衰减的速度 或者说在某一点上 我看我衰减的幅值的一个变化 那幅值大小的一个变化是不是能够超过我的预值 我来检测你是处在有金属的那一半呢 还是处在没有金属的这一半 那这样一个位置的一个检测呢 通过后面的 我们再加 比如说两个或者三个sensor 然后呢 我相应的一个状态图 我就可以去判断出来我的转盘的一个转动的一个动作 我是正转 还是反转 并且相应的我可以计算出来它的转速 那大家会有一个问题了 就是说 你这两个波形图 你的衰减速度不同 导致了你在某一点上的你的波形的幅值 会有不同 那你采的时候呢 你是采哪一点呢 你采哪个位置呢 其实这个图上呢 大家可以比较 比较直观地看出来一个大概的趋势 就是说在整个振荡波形的两端 就是它的开始初期 以及它的最后末期 其实这两个波形图它的差别是非常微小的 是在中间的某一个位置 它的振荡的波形 它的幅值的差别是最大的 所以呢 我们的工作原理就是说 我们需要去采集中间的某一个点 或者中间靠后的某一个点上面 我们认为在这个地方呢 它的幅值的反差是最大的时候呢 我们在这个时候去采它 那我们的信号会最强的 那么这个幅图可能对我们的工作原理呢接着上一幅 上一幅那个幻灯片的话 会有一个更详细的一个解释 那么上面那个图呢 我们可以看到其实跟上一幅图的一个介绍是差不多的 可能会更明显一些 那么我的sensor1 我们的sensor1 1号sensor的话 它是处在我们非金属的这个转盘的上面 那这时候我的波形的那个振荡呢 这衰减速度呢 相对来说会比较慢一些 那么sensor2呢 它是在我们金属这一侧 那么它的振荡的衰减呢 会相对来说比较快一些 那如果说或我们把sensor1跟sensor2叠加起来的话 我们可以大概看到 就是说我们需要在差不多中间靠后的某一个位置 差不多中间靠后的某一个位置去检测 去做判断 判断我的 到底是属于sensor1的这样一个状态呢 还是属于sensor2的这样一个状态呢 那所以下面这幅图呢 其实就是说从实际操作的角度呢 从实际我们模块工作原理的角度呢 来给大家做了一个比较直观的一个解释 那大家可以看到有两个时间 可能屏幕大家看得不太清楚 那我跟大家解释一下 就是说 我们把时间分成两段 前面那一段叫t delay 后面那一段叫t gate delay t delay 就是延迟 延迟的时间 t gate就是在这个时候呢 我们去检测的一个时间 那么这个波形其实它 它可以如果按照我们内部 我们模块的一个分段的话 整个这个波形按照时间来分段的话 我们大家可能分出十几到二十 二十个左右的一个时间段 那我们叫状态 那二十多个状态 那么首先其实呢 我们需要通过我们的器件 我们ESR的一个 就是说Scan Interface这样一个模块呢 通过我们MCU给到我们LC sensor 要充电 对吧 你LC sensor你要振荡 首先你的电容需要充电 所以第一个状态呢 在这里面并没有标出来 第一个状态其实是说 我们的芯片会有一个输出 给到我们电容做一个充电 大概一个微秒左右 这样一个充电 的一个时间 保证它的电容充满电 这时候呢 在这种状态下呢 我们把它所有的这个检测口呢 再给它重新转化为输入 那这时候你充满电以后 你转化成输入 这时候我的整个LC sensor 它会自激振荡 自己会振荡起来 振荡的频率呢 当然也取决于我们LC的一个取值 取决于LC sensor的一个频率参数 对吧 那当它开始振荡以后呢 这时候我们内部的一个 这个Scan Interface的模块呢 就会有一个非常复杂的 我们非常精密的一套逻辑 那我们会去通过我们两种频率的时钟 一个是基于我们A clock A clock就我们低频时钟 另外一个是基于我们一个高频时钟 那么两个时钟去配合地去做 首先我们会去用A clock去延时 延时的目的呢 刚才上一幅图也给大家讲了 我们需要在一个中间靠后 大概这样一个位置去采 那么具体哪个位置去采呢 这个东西呢 大家不用去考虑 不用去担心 这个是我们模块它通过上电自校以后呢 它会去确定我每一次 我振荡开始以后呢 我需要多长时间去采 并且在每一次采的这个时候呢 它会有两个clock 首次用A clock这样一个低频的一个clock 去迅速地去粗调 你可以认为比如说我们 我们相机拍照的时候呢 这个焦距一个粗调的一个旋钮 对吧 那首先用粗调的旋钮呢去让它迅速地到达我们大概的这样一个区域 我们需要采的区域 然后呢 在这个时候呢 它进入另外一个状态以后呢 它会去用我们的高频时钟 那么高频时钟去做校正的时候呢 做采样点的一个t delay的一个定位的时候呢 它会去做细调 那细调加粗调完成以后呢 我们就确定了 t delay t delay 这个时间大概在哪个位置 我们就会确定这个时间点 但你确定这个时间点以后呢 这个时候我们Scan Interface内部的DSE 和内部的比较器 它会打开 当DSE和比较器打开以后呢 这个时候我们就去采 采我们这个波形值 然后呢 跟我们比较器的一端的输入 是我们这个LC振荡器的一个振荡波形 另外一端的输入呢 是我们DSE内部集成的一个高精度的DSE 它生成的一个电压的一个参考值 我们跟这个电压的参考值呢 那么下面这幅图绿色那根线 V R E F Vref 就是我们的一个预值 那大家可以看到这两幅图呢 明显当我们在处于t gate 也就是我们采集这个信号的这段时间内的话 左侧的这个图 它的振荡波形是低于Vref 低于我们的预值 这个参考电压的 那么右侧的这部分 t gate 这个时间段内呢 它的一个幅值呢是高于我们绿色的这根线 就是我们的Vref Vref我们的预值的 那么通过这样一个对比呢 我们就可以去判断出来在左侧 左侧我们是属于 有金属转盘 就是转盘有金属那一半面的状态 那么我们内部呢 我们把它的状态记为0 我们的一个0状态 那么右侧呢 相应地 我们把它的状态记为1 那么这幅图中其实还有一个很关键的一个点 图中并没有完全明确地一个表示出来 那么大家也知道就是说 LC的振荡波形呢 它后面振荡 它会一直做振荡 越往后呢 它的幅值会越低 但它可以振荡的时间非常长 那我们其实可以看到通过这两幅图呢 我们看到 我们其实最关键最想要的是t gate 这段时间的波形 那只要这段时间的波形我们采到了 后面的波形呢其实对我们来说是无用的 不只是无用 反而有可能会干扰到我们下一次的振荡采集 或者说会对我们的系统啊做一些功耗 或者别的方面的一些干扰 那么这时候其实当我么t gate采集完了以后呢 我们的Scan Interface模块呢 会做一个主动的对这个LC电路做一个主动短路 那让它的振荡迅速地结束 以至于不会去影响到下一次的振荡 那么这幅幻灯片呢 展现的是我们TI的Scan Interface的一个技术的这个模块的一个框图 那么有两个框图 那右侧呢 是我们传统的 我们TI的基础款的 Scan Interface 左侧呢 是我们加强版的 Extended Extended Scan Interface 我们叫ESI 那么右侧叫SI 那么其实呢 这两个呢 我可以认为就是说 右侧呢是一个基础款 左侧是一个加强款 那么我为了给大家讲一个完整的一个信息的话 我会着重在讲左侧这个 我们叫Extended的Scan Interface 那么它基本上也包含了我们右侧的Scan Interface 这些一些基本的模块 那么通过左侧这个框图呢 我们可以看到就是说最左边 就是我们的接口 我们Scan Interface 或者说我们Extended的 Scan Interface 它的连接我们LC sensor 或者说连接我们其他几种类型的sensor的 我们这样一个接口 我们通过这样一个接口呢 大家可能看不太清楚 它连接在 连接在这个 电容电感的这个sensor上面的这个管脚呢叫ESICH 0 1 2 3 对 那这个管脚呢 其实它是一个双向的 那我们刚才也讲到了 刚才那个波形大家也看到 就是说我最开始会有一个大概一个微秒的一个输出 去给这个电容充电 那这个也是通过我们内部的这样一个Scan Interface去做这个工作的 当我充电完成以后呢 我会马上把它切成一个输入 这时候呢我会去接收采集它的一个LC的自激振荡的一个振荡波形 那么这个大的框图的就我现在画到的这个大的呢 就是我们最开始在那个 系统框图里面看到的那个模拟前端 那我们叫AFE AFE呢我们有两个AFE 那这块呢我先给大家卖个关子啊 那我先着重讲我们的第一个AFE 其实我们两个AFE 它的内部构造是完全相同的 对 那我讲第一个AFE 大家可以看到就是说 它内部有一个½AVCC 相当于½的供电电压 这个东西呢 其实就是给我们的LC sensor作充电用的 那么通过一个分路器 那我们会连接到我们这个比较器 比较器的一个正端 正极输入 在比较器的负极输入呢 我们会有一个12比特的一个DSE 这个12比特得DSE是我们刚才上一幅图给大家讲的 就是说它会去生成一个reference 参考电压 当然 参考电压呢 我们这边的话 DSE可以生成两个参考电压 那为什么要生成两个参考电压呢 那可能用过的我们的观众呢就会知道 我们有个 模拟电路有一个迟滞的现象 所以我们会有一个高 就是说我们叫high level的一个参考电压 我们还有一个低端的 就是一个low level的一个参考电压 那通过这两个参考电压的一个灵活的设置啊 这个设置呢 我们用户可以通过软件去自由地去配置 并且可以在校正的过程中呢 会实时地给它做配置 那么通过这两个电压 也就是说我们采集回来的一个自激的一个波形 以及我们参考电压的一个对比呢 大家可以回想到上一幅图 那我们就可以判断出来你现在的状态 你这个LC sensor是处在这个转轮的金属一侧呢 还是非金属一侧 那么 其实大家就可以想象就是说 到时候我们采到一个值就是一个0,1 如果金属转轮在转的话 它就是一个0 1 0 1 0 1跳变的这样一个过程 那这个值呢 我们会放在哪儿呢 通过我们这样一个比较器的输出呢 它是连在我们叫pre-processing unit 我们叫PPU PPU这个模块 这我现在圈的这个小的模块 这个PPU是做什么呢 我们叫pre-processing unit 也就是预处理单元 为什么会有这样一个预处理单元呢 那你想想 就是说我们现在这幅图里面 我们是有两个sensor 那相当于就是说我采完一个序列 一个周期 我需要采两个sensor 但其实我的AFE只有一套电路呀 对吧 所以其实两个sensor 它是一个分时采的 就采完一个马上采第二个 所以我们会有一个PPU这样一个单元呢 我们会把 比如说我们采完第一个sensor 我们会把第一个sensor采集对比出来的这个0 1值先存在 先处理完以后存在这个PPU里面 到了第二sensor采完以后 第二个sensor的值也存在这个PPU里面 这时候呢 我认为就相当于我的一个 一个采样的一个序列 算是完成了 当我一个采样序列完成以后呢 我才会把我存在我们PPU这个模块里面的 整个序列每一个sensor的这个状态 本文采集的这样一个状态呢 再传给我们叫process state machine 就是我们处理 专门用来处理的一个状态机 在这边 那这个state machine呢 就是去判断 通过我们 现在的一个每一个sensor的一个0 1状态 以及我们所存到我们 我们叫ESI RAM 大家可以看到这块有个ESI RAM 这个ESI RAM就是存我们状态机 跟我们process state machine PSM这个模块去共同配合 相当于说 我们sensor的机构定下来以后呢 那么我们sensor的整个一个你要去判断正转反转 还是说别的一个状态的话 会有一个状态机 这个状态机呢 我们会存在 这个状态机的状态呢 我们存在ESI RAM里头 专门有一个存储空间把它存下来 然后呢 通过我们PSM这个模块呢 我们再接收每一轮处理完以后每一个周期 采样周期序列采完以后的 每一个sensor的0 1状态以后呢 通过这个状态呢 那我们再去更新我们状态机的一个状态 更新完这个状态 相当于说我们现在就可以知道 我的这个采样时间点 我是出于正转 那还是出于反转 还是出于没有转 静止状态 那么这个block die ground的话 还有另外两块呢 大家可能还不太清楚 那我先讲我们最重要的一块 其实这块呢 也是基本上是处于 我们除了AFE的模拟前端以后呢 我们在整个Scan Interface里面最重要的一块 也是我们Scan Interface里的大脑 那刚才也讲到了 刚才那一幅幻灯片呢 我也给大家讲到就是说 我们所有这些过程呢 是不需要用户去介入的 不需要你去写多么复杂的代码 你去介入的 那我们内部是有一个非常复杂的一个状态机的一个单元 去做整个持续的一个控制 包括我们前面 你要去做充电 你要充电多久 你充电完以后呢 你每个状态的切换 我刚才讲了有二十 二十几个 有二十二个状态 那这些状态的一个切换 每一个状态呢 我是通过A clock低频时钟去做粗调呢 还是说我去通过高频时钟去做细调呢 我在什么时候我需要去打开我的DSE 去打开我的比较器 去做采样去做判断 我在什么时候呢 我需要去让我的PPU 我们的预处理单元 或者说我们的PSM 我的处理的状态机 我让它们去工作 整个这个一个流程 一个采样 采样周期的所有的这样一个动作呢 都是靠我们这个叫TSM这个大脑去做控制的 那么这个TSM的 它的时钟呢 会有三种时钟 第一种就是我们的低频时钟 我们的A clock 大家可以去借用我们的外部晶振 比如说32k的外部晶振 去做它的时钟 还有一种是我们可以去接我们的SM clock 那SM clock 它的来源就可以从我们芯片的DCU 也就我们的主时钟 从这边去过来高频的时钟 另外呢 这个TSM内部也集成了一个我们讲振荡器 这个时钟的频率大概在4.8兆赫兹 也是属于一个高频时钟 我们通常情况下会用这个内部的自带的一个时钟 那为什么会用内部自带时钟呢 这个稍后呢 在下一个幻灯片呢 我会给大家作一个说明 那么有一个问题需要指出的就是说 内部时钟 因为它的振荡频率呢 这个东西呢需要去校准 因为它每一片芯片会有一定的差异 这个东西需要去校准 但是大家也不用担心 这个内部时钟的校准的程序呢 TI也给大家提供了一个校准的一个源代码 那么大家写程序的时候呢 只需要把这个源代码提纯到你的工程中去 那么 这个内部时钟的校准工作就会自动地去执行 在你上电做预校准的时候呢 它会去做自动的执行 那么这个框图呢最后一部分呢 就是我们讲Timer A output stage 那这个模块是做什么用的呢 这个模块其实是说我们通过比较器的输出 以及我们预处理单元的一个两个输出信号 给它作为输入 另外呢 它通过这三个输入信号呢 它去做一个输出信号 输出到哪儿呢 输出到我们Timer A 我们片上的Timer A 那Timer A的一个capture 就是它的一个采集 采集信号端 那这个东西呢 用在哪里 其实用的不是非常多 但是呢它的作用就是说 用户可以在软件端通过Timer A计时呢 去判断出来 我在我现有的这样一个结构设计 我的sensor的一个设计情况下呢 那我的充电时间大概多长 我的整个振荡的时间 是在一个什么样的一个量级 什么样一个时间的一个值 那你通过这个 你可以去检测得到 那么讲完这个框图以后呢 大家再回过头去看我们右边的这个框图 那右边这个框图其实就很容易理解了 那AFE前端 其实跟前面那个AFE前端是基本相同 只不过它会只有一个AFE 那么前面那个呢 我们的叫Extended的Scan Interface呢 它会有两个AFE前端 那么它的DSE呢 它的精度呢 相对于我们的Extended的Scan Interface呢 会稍微低一点 它是10比特的 这样的一个DSE 那么后面的一个处理单元的话呢 它也没有我们这个叫预处理单元 它只有我们叫处理 叫process Processing State Machine 我们PSM这个模块 那么PSM呢 也相应地会有 而且呢 它也相应地会有内部的一个振荡器集成 另外一个Timer A的一个输出呢 在我们Scan Interface这个基础款这个IP盒呢 就不会去有这样一个额外的功能 那么看到这块大家可能觉得OK 你都讲完了 你刚才不是说要讲这个两个AFE前端 两个AFE前端有什么用呢 有人可能细心的朋友呢 可能会看到 虽然有两个AFE前端 但是呢 我整个处理的单元 包括我们的TSM 我们的Processing的这个PSM 这些并没有两份 也就是说这两个处理单元呢 它其实它所担当的功能是不一样的 虽然 它的这个AFE前端的这个电路是完全一样的 但它所作的功能是不一样的 那具体AFE2 就是我们后面的AFE2 这个东西 它是作什么用呢 在后面的一个章节呢 我会做一个比较详细的一个介绍 那么这些幻灯片呢就是说 其实是基于刚才我们所讲的这两个 两个 一个ESI 一个Extended的ESI 一个Scan Interface 一个Extended的 Scan Interface 那这两个模块 一个是基础款 一个是加强款 那么它们分别是在我们哪一颗芯片上呢 那我们Extended的Scan Interface 是我们简称叫ESI 是集成在我们最新款的MSP430FR6989 那么 可能熟悉的朋友就知道 就说我们的料号里FR就代表了是我们最新的FR系列 那我们的内部存储器是铁链存储的 那我们的Scan Interface呢 刚才我们所讲的右边的一幅图 那个基础款的 基础款的它是集成在我们MSP430FW427 这颗芯片里面 那它的存储器呢是Flash的 基于Flash的这样一个存储器 那么ESI 我们的Extended的Scan Interface呢 刚才在讲了 它是一个完全 完全独立的一个模块 去检测位置 那么这也是刚才我为什么讲 我们有内部的一个振荡器 那其实在我们工作的时候呢 我们可以基本上完全摆脱 完全不依赖于外部的任何的一个供给 包括外部时钟 因为有时候大家可能用某些模块 那这个模块可能它做的非常的低功耗或者怎么样的 但是由于你要去启动这个模块 你不得不去打开 比如说我要打开我的高频时钟 我的系统的主时钟 那其实这个 这样的一个模式呢就不算是完全独立的 那相对于这个模式来说 那我们的Extended的Scan Interface 或者我们的Scan Interface 由于他们内部集成了这样一个振荡器 高频的一个振荡器 所以它在工作的时候呢 是完全不需要我们CPU内核包括我们系统的主时钟 去参与到的 那么Scan Interface呢 它相比于我们叫 Extended的Scan Interface 相比于我们的Scan Interface呢 它所能支持的一个传感器的数量呢 它会多一个 在我们的PSM处理单元 它会支持同时去处理三个 三个传感器 但是呢在我们的Scan Interface 就是我们FW427里面呢 它可以同时去处理两个sensors 去的一个状态 那么 另外一区别呢 其实就是说 我有ESI 会有两个AFE 但是呢 我们的Scan Interface呢只有一个AFE 那么从DAC的这样一个精度上呢 ESI的这块呢精度也会更高一些 那其他的东西呢 带来的好处呢 其实 我这里作一个比较简要的一个总结 那么从功耗上面来讲的话 因为ESI的这个 这个模块呢 它的集成度会更高一些 其实就是说 它把很多可能我们Scan Interface 需要去软件去处理的那些逻辑呢 它也有相应的一个逻辑去处理了 那么它的功耗呢相比于我们Scan Interface呢 会更低 当然Scan Interface的那个功耗呢也是非常低的 那稍后我会有一张功耗的一个对比图 大家可以看到我们基于TI的Scan Interface这样一个大的技术 那我们的功耗优势到底有多么大的一个优势 另外呢 就是说 从我们的ESI的话 我们有两个AFE 那么我们可以去做一些ontime的re-calibration 就在线的一些自校转 那么12比特的DSE呢 它也可以带来一个更好的一个检测的一个状态 状态检测的一个性能 因为我们可以对我们的一个预值的一个电压 我们的reference voltage 我们会做一个更精确的 更精细的一个设置 那另外就是说 像我们一些 因为我们是独立的一个模块 所以用户在去用它的时候呢 也会非常简单 你不需要去调用其他的模块 比如说我们的CPU内核或者其他别的模块去做相应的配合 那么你使用过程中 相匹于你的代码也会非常简单 当然这个代码呢 TI也会提供相应的一个参考的一个工程 那用户呢 只需要在这个参考工程上面你去修改 基于你设计 你的sensor的设计 那相应的一些参数 那其他的整个工程的源代码 工程的架构 都是TI免费提供给 公开给大家的 大家不用去在这方面去花时间去看 那么这幅幻灯片呢 其实给大家简要地介绍了一下 我们基于TI的Scan Interface这样一个技术呢 我们所支持的不同类型 不同类型的一个sensor 那么其实第一个sensor就是我们刚才所讲的那种LC的sensor 这种sensor呢 有的是去检测这个振荡 检测振荡的波形 有的是去检测整个波形的一个包络 通过检测包络去做 但是呢 大同小异 其实它内部的 就是说整个sensor的原理就是LC的这种自激振荡 自激的这种振荡 那么第二种类型就是我们叫磁传感器 那我们的那个转轮 它是带磁性的 有磁性的 那我们通过磁传感器呢 可以检测到这个磁性的一个变化 磁性的一个变化 那么通过这个变化呢 我就可以判断出来你这个转轮呢 是怎么样一个状态 正转反转还是停止 对吧 那么最后一个呢可能也 相对来说比较简单比较老的一个技术 就是我们的那种光传感器 光电制度这样一个传感器 去做检测 那么这三种传感器类型呢 那基于TI的Scan Interface 我们刚才讲到的那样一个 那个模块 那个集成在我们430单片机里面的这样一个模块呢都是可以支持的 大家都是可以去采集 可以去处理的 那么相应的对于三种类型的 三种类型的这个模块呢 我们的一个TI也给大家提供了 三篇我们的技术文档 我们TI叫APP note Application note 应用的一个文档 每个应用文档里面对相应的这种检测的方式呢 会做一个比较详细的介绍 而且我们会有一些示例的工程 硬件软件的示例工程 我们那个测试的一个值 方法 一些系统的设计原理 都会有一个相应的介绍 大家如果去 如果你所做的项目 或者说你对某一种类型的sensor感兴趣的话 大家可以去参考这个 但是呢 我们今天主要还是 主要还是集中于讲这种类型的sensor
那刚才我的同时他也帮大家介绍了
就是说现有市面上的一些比较常用比较流行的几种
这种流量计的方案
像包括超声波 包括一些
一些高磁磁流量计啊
还有一些机械式的流量计
那么刚才我们的同事也讲了
我们今天会着重
着重在我们的机械式
机械传动式的这样一个流量体的一个检测
因为这种机械式传动呢现在在市面上相对来说
是比较常见比较常用的一种方式
那可能我认为可能就是说
很多情况下呢 我们一个低成本的一个因素呢
大家还是比较在意的
那么在这种情况下呢
因为这种机械式的传动呢
它有这样一个 就是说一些
一些缺点
那怎么样我们可以去把这些缺点呢
给它最小化
那其实
其实呢 就是基于我们TI这样的一些Scan Interface的一个技术的话
我们会有一些比较好的提升
那么这一页呢 大家可以看到就是说
我们TI的MSP430单片机的一个Scan Interface的一个技术的
一个介绍
首先 第一我可以看到的就是说我们的一个系统框图
那这个系统框图的话
是介绍的一种我们叫做机械式传动
机械传动的一种流量计的一个系统框图
当然了 你如果要用超声波或者说其他几种技术的话
只需要去看到就是它的模拟前端的一个变化
其他的部分呢 也不会有太大的变化
那么机械式传动呢 其实它也分为好几种类型啊
那么第一种类型就是我们今天会着重讲的
我们叫LC sensor
就是我们的电容和电感组成的一个检测的一个sensor去检测
第二种呢就是我们 大家应该也有所了解
我们GMR sensor
还有我们的这种光电直读压仪 还有干簧管
那这些技术呢都是基于机械传动式的
这一个大类一个流量计的一个技术
当然后面呢 我所支持的一个sensor的类型呢
同时也支持超声波的一个sensor
那么大家看到这一个框图
这个框图在TI的官网上会有相应的一个框图
那每个部分呢 大家也可以去点开去看到我们相应的一个
对应的我们TI的一个芯片产品
以及TI免费为大家提供的一些参考设计
我们叫TI design
还有我们一些很多的文档啊 APP note这些东西
那么看到这个
那么看这个框图的话呢
这个框图因为它是做一个比较典型的框图啊
那么这部分呢
是我们的模拟前端
那通过模拟前端 我们去把我们前端的sensor所检测到的信号
给它全部采集回来
做一定的处理
那中间这一块呢
是我们的MCU
那是我们MCU的话 它其实一般情况下在这样一个流量计的话
它会集成有SCD SCD driver
那么再往下面呢
我们会有一些RF的连接
还有一些有线的一些wired的连接
还有一些我们的电源 电源部分
这些部分呢 是构成一个流量计的一个不可或缺的
一个整个的一个系统的框图
那么 我们今天所讲的基于MSP430 Scan Interface技术的
这样一个solution的话呢
其实我们TI的方案呢 它是把这样的一个模拟前端
模拟前端的检测电路
和我们的MCU是集成在同一颗
MSP430的芯片里面去
那我们所谓的模拟前端呢
就是我们今天所讲的Scan Interface的一个外设IP盒
那说到Scan Interface呢 大家可能听到这个英文单词呢
大家也比较一头雾水啊
那说这个东西 你TI做这个东西
到底是什么样一个原理呢
那所以我今天在这边呢 我会简单地给大家解释一下我们Scan Interface的
我会简单地给大家解释一下我们Scan Interface的一个工作原理
其实也是我们LC sensor 这样一种检测方式它的一个工作原理
当然 Scan Interface本身内部的它的电路以及逻辑是非常复杂完备的
以及逻辑是非常复杂完备的
如果大家要看比较详细的一个介绍呢
可以去到我们TI官网上去看我们的相应的器件的
一个user guide 就用户手册
用户手册上面会有非常详细的一个介绍
那么今天在这边呢
我会着重用一些图去给大家介绍这样一个技术的工作原理
那么在这一页幻灯片里面呢
大家可以看到有三个波形
其实呢 应该是两个波形
那第三个波形是前面两个波形的一个集合
那么第一个红色的波形呢其实是说
我们的LC sensor 它在我们所谓的叫转盘
转盘我们叫disk的
转盘 转盘它是一半是金属
另外一半是非金属
那这边的金属呢比较常用的
比如说不锈钢
比如说铜
比如说铝
那当然了 从我们的效果来讲的话不锈钢呢可能会更好一些
也应用范围会更多一些
那么第一幅图就是说 我们的LC sensor是在我们底下这个转盘
有不锈钢 有金属的这一半外面的时候
你可以看到这个红色的一个振荡的波形图
那么第二幅图呢
是在我们的LC sensor
在没有金属的那一半转轮的时候的
它所检测到
就是说你在那个sensor端你能采集到的
大家可以用示波器都可以去采集到
你采集到的这样一个振荡的一个波形图
那么这两个波形图有什么区别呢
那大家可以看到我们第三幅图
第三幅图其实是我们把两幅图给它并起来去对比
那么蓝色的那个线
就是我们第二幅波形图的那个包络曲线
那么红色的是我们第一幅图的包络曲线
那大家可以看到就是说
第二幅图一个包络曲线呢
相对来说它的振荡的幅值
或者说它的衰减的速度
相对第一幅图那个红色的曲线会慢一些
那这是为什么呢
就是说我们LC sensor 在它的附近有靠近有金属转盘的时候呢
由于金属的一些涡流的一个产生衰减
导致我们LC sensor上面的 它的一个波形的衰减速度
要比没有金属的情况下要更快一些
那这是一个比较基础的物理现象了
那么 我们TI的Scan Interface 这样一个IP盒呢
或者说我们LC sensor这样一种流量计一个机械的检测方式呢
就是基于这样一个基本的物理现象
我们来做检测
那我们检测的就是说 这个衰减的速度
或者说在某一点上
我看我衰减的幅值的一个变化
那幅值大小的一个变化是不是能够超过我的预值
我来检测你是处在有金属的那一半呢
还是处在没有金属的这一半
那这样一个位置的一个检测呢
通过后面的 我们再加
比如说两个或者三个sensor
然后呢 我相应的一个状态图
我就可以去判断出来我的转盘的一个转动的一个动作
我是正转 还是反转
并且相应的我可以计算出来它的转速
那大家会有一个问题了
就是说 你这两个波形图 你的衰减速度不同
导致了你在某一点上的你的波形的幅值
会有不同
那你采的时候呢 你是采哪一点呢
你采哪个位置呢
其实这个图上呢 大家可以比较
比较直观地看出来一个大概的趋势
就是说在整个振荡波形的两端
就是它的开始初期
以及它的最后末期
其实这两个波形图它的差别是非常微小的
是在中间的某一个位置 它的振荡的波形
它的幅值的差别是最大的
所以呢 我们的工作原理就是说
我们需要去采集中间的某一个点
或者中间靠后的某一个点上面
我们认为在这个地方呢 它的幅值的反差是最大的时候呢
我们在这个时候去采它
那我们的信号会最强的
那么这个幅图可能对我们的工作原理呢接着上一幅
上一幅那个幻灯片的话
会有一个更详细的一个解释
那么上面那个图呢
我们可以看到其实跟上一幅图的一个介绍是差不多的
可能会更明显一些
那么我的sensor1
我们的sensor1 1号sensor的话
它是处在我们非金属的这个转盘的上面
那这时候我的波形的那个振荡呢
这衰减速度呢
相对来说会比较慢一些
那么sensor2呢
它是在我们金属这一侧
那么它的振荡的衰减呢
会相对来说比较快一些
那如果说或我们把sensor1跟sensor2叠加起来的话
我们可以大概看到 就是说我们需要在差不多中间靠后的某一个位置
差不多中间靠后的某一个位置去检测 去做判断
判断我的 到底是属于sensor1的这样一个状态呢
还是属于sensor2的这样一个状态呢
那所以下面这幅图呢 其实就是说从实际操作的角度呢
从实际我们模块工作原理的角度呢
来给大家做了一个比较直观的一个解释
那大家可以看到有两个时间
可能屏幕大家看得不太清楚
那我跟大家解释一下
就是说 我们把时间分成两段
前面那一段叫t delay
后面那一段叫t gate
delay t delay 就是延迟 延迟的时间
t gate就是在这个时候呢 我们去检测的一个时间
那么这个波形其实它
它可以如果按照我们内部 我们模块的一个分段的话
整个这个波形按照时间来分段的话
我们大家可能分出十几到二十
二十个左右的一个时间段
那我们叫状态
那二十多个状态
那么首先其实呢
我们需要通过我们的器件 我们ESR的一个
就是说Scan Interface这样一个模块呢
通过我们MCU给到我们LC sensor
要充电 对吧
你LC sensor你要振荡
首先你的电容需要充电
所以第一个状态呢 在这里面并没有标出来
第一个状态其实是说 我们的芯片会有一个输出
给到我们电容做一个充电
大概一个微秒左右
这样一个充电
的一个时间
保证它的电容充满电
这时候呢 在这种状态下呢
我们把它所有的这个检测口呢 再给它重新转化为输入
那这时候你充满电以后 你转化成输入
这时候我的整个LC sensor 它会自激振荡
自己会振荡起来
振荡的频率呢 当然也取决于我们LC的一个取值
取决于LC sensor的一个频率参数
对吧
那当它开始振荡以后呢 这时候我们内部的一个
这个Scan Interface的模块呢
就会有一个非常复杂的 我们非常精密的一套逻辑
那我们会去通过我们两种频率的时钟
一个是基于我们A clock A clock就我们低频时钟
另外一个是基于我们一个高频时钟
那么两个时钟去配合地去做
首先我们会去用A clock去延时
延时的目的呢 刚才上一幅图也给大家讲了
我们需要在一个中间靠后 大概这样一个位置去采
那么具体哪个位置去采呢
这个东西呢 大家不用去考虑
不用去担心
这个是我们模块它通过上电自校以后呢
它会去确定我每一次 我振荡开始以后呢
我需要多长时间去采
并且在每一次采的这个时候呢
它会有两个clock
首次用A clock这样一个低频的一个clock
去迅速地去粗调
你可以认为比如说我们 我们相机拍照的时候呢
这个焦距一个粗调的一个旋钮 对吧
那首先用粗调的旋钮呢去让它迅速地到达我们大概的这样一个区域
我们需要采的区域
然后呢 在这个时候呢 它进入另外一个状态以后呢
它会去用我们的高频时钟
那么高频时钟去做校正的时候呢
做采样点的一个t delay的一个定位的时候呢
它会去做细调
那细调加粗调完成以后呢
我们就确定了 t delay
t delay 这个时间大概在哪个位置
我们就会确定这个时间点
但你确定这个时间点以后呢
这个时候我们Scan Interface内部的DSE
和内部的比较器
它会打开
当DSE和比较器打开以后呢
这个时候我们就去采
采我们这个波形值
然后呢 跟我们比较器的一端的输入
是我们这个LC振荡器的一个振荡波形
另外一端的输入呢
是我们DSE内部集成的一个高精度的DSE
它生成的一个电压的一个参考值
我们跟这个电压的参考值呢
那么下面这幅图绿色那根线
V R E F Vref
就是我们的一个预值
那大家可以看到这两幅图呢
明显当我们在处于t gate 也就是我们采集这个信号的这段时间内的话
左侧的这个图 它的振荡波形是低于Vref
低于我们的预值
这个参考电压的
那么右侧的这部分
t gate 这个时间段内呢
它的一个幅值呢是高于我们绿色的这根线
就是我们的Vref Vref我们的预值的
那么通过这样一个对比呢
我们就可以去判断出来在左侧
左侧我们是属于
有金属转盘 就是转盘有金属那一半面的状态
那么我们内部呢 我们把它的状态记为0
我们的一个0状态
那么右侧呢
相应地 我们把它的状态记为1
那么这幅图中其实还有一个很关键的一个点
图中并没有完全明确地一个表示出来
那么大家也知道就是说 LC的振荡波形呢
它后面振荡 它会一直做振荡
越往后呢 它的幅值会越低
但它可以振荡的时间非常长
那我们其实可以看到通过这两幅图呢
我们看到 我们其实最关键最想要的是t gate
这段时间的波形
那只要这段时间的波形我们采到了
后面的波形呢其实对我们来说是无用的
不只是无用 反而有可能会干扰到我们下一次的振荡采集
或者说会对我们的系统啊做一些功耗
或者别的方面的一些干扰
那么这时候其实当我么t gate采集完了以后呢
我们的Scan Interface模块呢
会做一个主动的对这个LC电路做一个主动短路
那让它的振荡迅速地结束
以至于不会去影响到下一次的振荡
那么这幅幻灯片呢
展现的是我们TI的Scan Interface的一个技术的这个模块的一个框图
那么有两个框图
那右侧呢 是我们传统的 我们TI的基础款的
Scan Interface
左侧呢 是我们加强版的 Extended Extended Scan Interface
我们叫ESI 那么右侧叫SI
那么其实呢 这两个呢 我可以认为就是说
右侧呢是一个基础款 左侧是一个加强款
那么我为了给大家讲一个完整的一个信息的话
我会着重在讲左侧这个 我们叫Extended的Scan Interface
那么它基本上也包含了我们右侧的Scan Interface
这些一些基本的模块
那么通过左侧这个框图呢
我们可以看到就是说最左边
就是我们的接口
我们Scan Interface 或者说我们Extended的 Scan Interface
它的连接我们LC sensor 或者说连接我们其他几种类型的sensor的
我们这样一个接口
我们通过这样一个接口呢
大家可能看不太清楚
它连接在
连接在这个
电容电感的这个sensor上面的这个管脚呢叫ESICH
0 1 2 3 对
那这个管脚呢 其实它是一个双向的
那我们刚才也讲到了 刚才那个波形大家也看到
就是说我最开始会有一个大概一个微秒的一个输出
去给这个电容充电
那这个也是通过我们内部的这样一个Scan Interface去做这个工作的
当我充电完成以后呢 我会马上把它切成一个输入
这时候呢我会去接收采集它的一个LC的自激振荡的一个振荡波形
那么这个大的框图的就我现在画到的这个大的呢
就是我们最开始在那个
系统框图里面看到的那个模拟前端
那我们叫AFE AFE呢我们有两个AFE
那这块呢我先给大家卖个关子啊
那我先着重讲我们的第一个AFE
其实我们两个AFE 它的内部构造是完全相同的 对
那我讲第一个AFE 大家可以看到就是说
它内部有一个½AVCC
相当于½的供电电压
这个东西呢 其实就是给我们的LC sensor作充电用的
那么通过一个分路器
那我们会连接到我们这个比较器 比较器的一个正端
正极输入
在比较器的负极输入呢
我们会有一个12比特的一个DSE
这个12比特得DSE是我们刚才上一幅图给大家讲的
就是说它会去生成一个reference 参考电压
当然 参考电压呢 我们这边的话 DSE可以生成两个参考电压
那为什么要生成两个参考电压呢
那可能用过的我们的观众呢就会知道
我们有个 模拟电路有一个迟滞的现象
所以我们会有一个高
就是说我们叫high level的一个参考电压
我们还有一个低端的 就是一个low level的一个参考电压
那通过这两个参考电压的一个灵活的设置啊
这个设置呢 我们用户可以通过软件去自由地去配置
并且可以在校正的过程中呢 会实时地给它做配置
那么通过这两个电压
也就是说我们采集回来的一个自激的一个波形
以及我们参考电压的一个对比呢
大家可以回想到上一幅图
那我们就可以判断出来你现在的状态
你这个LC sensor是处在这个转轮的金属一侧呢
还是非金属一侧
那么 其实大家就可以想象就是说
到时候我们采到一个值就是一个0,1
如果金属转轮在转的话
它就是一个0 1 0 1 0 1跳变的这样一个过程
那这个值呢 我们会放在哪儿呢
通过我们这样一个比较器的输出呢
它是连在我们叫pre-processing unit 我们叫PPU
PPU这个模块
这我现在圈的这个小的模块
这个PPU是做什么呢
我们叫pre-processing unit 也就是预处理单元
为什么会有这样一个预处理单元呢
那你想想 就是说我们现在这幅图里面
我们是有两个sensor
那相当于就是说我采完一个序列 一个周期
我需要采两个sensor
但其实我的AFE只有一套电路呀 对吧
所以其实两个sensor 它是一个分时采的
就采完一个马上采第二个
所以我们会有一个PPU这样一个单元呢
我们会把
比如说我们采完第一个sensor
我们会把第一个sensor采集对比出来的这个0 1值先存在
先处理完以后存在这个PPU里面
到了第二sensor采完以后
第二个sensor的值也存在这个PPU里面
这时候呢 我认为就相当于我的一个 一个采样的一个序列
算是完成了
当我一个采样序列完成以后呢
我才会把我存在我们PPU这个模块里面的
整个序列每一个sensor的这个状态 本文采集的这样一个状态呢
再传给我们叫process state machine
就是我们处理 专门用来处理的一个状态机
在这边
那这个state machine呢 就是去判断
通过我们
现在的一个每一个sensor的一个0 1状态
以及我们所存到我们 我们叫ESI RAM
大家可以看到这块有个ESI RAM
这个ESI RAM就是存我们状态机
跟我们process state machine PSM这个模块去共同配合
相当于说 我们sensor的机构定下来以后呢
那么我们sensor的整个一个你要去判断正转反转
还是说别的一个状态的话
会有一个状态机
这个状态机呢 我们会存在
这个状态机的状态呢 我们存在ESI RAM里头
专门有一个存储空间把它存下来
然后呢 通过我们PSM这个模块呢
我们再接收每一轮处理完以后每一个周期
采样周期序列采完以后的 每一个sensor的0 1状态以后呢
通过这个状态呢
那我们再去更新我们状态机的一个状态
更新完这个状态 相当于说我们现在就可以知道
我的这个采样时间点 我是出于正转
那还是出于反转
还是出于没有转
静止状态
那么这个block die ground的话
还有另外两块呢 大家可能还不太清楚
那我先讲我们最重要的一块
其实这块呢
也是基本上是处于 我们除了AFE的模拟前端以后呢
我们在整个Scan Interface里面最重要的一块
也是我们Scan Interface里的大脑
那刚才也讲到了 刚才那一幅幻灯片呢
我也给大家讲到就是说 我们所有这些过程呢
是不需要用户去介入的
不需要你去写多么复杂的代码 你去介入的
那我们内部是有一个非常复杂的一个状态机的一个单元
去做整个持续的一个控制
包括我们前面 你要去做充电
你要充电多久 你充电完以后呢
你每个状态的切换
我刚才讲了有二十 二十几个
有二十二个状态
那这些状态的一个切换
每一个状态呢 我是通过A clock低频时钟去做粗调呢
还是说我去通过高频时钟去做细调呢
我在什么时候我需要去打开我的DSE 去打开我的比较器
去做采样去做判断
我在什么时候呢 我需要去让我的PPU 我们的预处理单元
或者说我们的PSM 我的处理的状态机
我让它们去工作
整个这个一个流程 一个采样
采样周期的所有的这样一个动作呢
都是靠我们这个叫TSM这个大脑去做控制的
那么这个TSM的 它的时钟呢
会有三种时钟
第一种就是我们的低频时钟
我们的A clock
大家可以去借用我们的外部晶振
比如说32k的外部晶振
去做它的时钟
还有一种是我们可以去接我们的SM clock
那SM clock 它的来源就可以从我们芯片的DCU
也就我们的主时钟
从这边去过来高频的时钟
另外呢 这个TSM内部也集成了一个我们讲振荡器
这个时钟的频率大概在4.8兆赫兹
也是属于一个高频时钟
我们通常情况下会用这个内部的自带的一个时钟
那为什么会用内部自带时钟呢
这个稍后呢 在下一个幻灯片呢 我会给大家作一个说明
那么有一个问题需要指出的就是说
内部时钟 因为它的振荡频率呢 这个东西呢需要去校准
因为它每一片芯片会有一定的差异
这个东西需要去校准
但是大家也不用担心
这个内部时钟的校准的程序呢
TI也给大家提供了一个校准的一个源代码
那么大家写程序的时候呢
只需要把这个源代码提纯到你的工程中去
那么 这个内部时钟的校准工作就会自动地去执行
在你上电做预校准的时候呢
它会去做自动的执行
那么这个框图呢最后一部分呢
就是我们讲Timer A output stage
那这个模块是做什么用的呢
这个模块其实是说我们通过比较器的输出
以及我们预处理单元的一个两个输出信号
给它作为输入
另外呢 它通过这三个输入信号呢
它去做一个输出信号 输出到哪儿呢
输出到我们Timer A 我们片上的Timer A
那Timer A的一个capture 就是它的一个采集
采集信号端
那这个东西呢 用在哪里
其实用的不是非常多 但是呢它的作用就是说
用户可以在软件端通过Timer A计时呢
去判断出来 我在我现有的这样一个结构设计
我的sensor的一个设计情况下呢
那我的充电时间大概多长
我的整个振荡的时间
是在一个什么样的一个量级 什么样一个时间的一个值
那你通过这个 你可以去检测得到
那么讲完这个框图以后呢
大家再回过头去看我们右边的这个框图
那右边这个框图其实就很容易理解了
那AFE前端
其实跟前面那个AFE前端是基本相同
只不过它会只有一个AFE
那么前面那个呢
我们的叫Extended的Scan Interface呢
它会有两个AFE前端
那么它的DSE呢 它的精度呢
相对于我们的Extended的Scan Interface呢
会稍微低一点
它是10比特的
这样的一个DSE
那么后面的一个处理单元的话呢
它也没有我们这个叫预处理单元
它只有我们叫处理 叫process Processing State Machine
我们PSM这个模块
那么PSM呢 也相应地会有
而且呢 它也相应地会有内部的一个振荡器集成
另外一个Timer A的一个输出呢
在我们Scan Interface这个基础款这个IP盒呢
就不会去有这样一个额外的功能
那么看到这块大家可能觉得OK
你都讲完了 你刚才不是说要讲这个两个AFE前端
两个AFE前端有什么用呢
有人可能细心的朋友呢 可能会看到
虽然有两个AFE前端
但是呢 我整个处理的单元
包括我们的TSM
我们的Processing的这个PSM
这些并没有两份 也就是说这两个处理单元呢
它其实它所担当的功能是不一样的
虽然 它的这个AFE前端的这个电路是完全一样的
但它所作的功能是不一样的
那具体AFE2 就是我们后面的AFE2
这个东西 它是作什么用呢
在后面的一个章节呢
我会做一个比较详细的一个介绍
那么这些幻灯片呢就是说
其实是基于刚才我们所讲的这两个
两个 一个ESI 一个Extended的ESI
一个Scan Interface 一个Extended的 Scan Interface
那这两个模块
一个是基础款 一个是加强款
那么它们分别是在我们哪一颗芯片上呢
那我们Extended的Scan Interface
是我们简称叫ESI
是集成在我们最新款的MSP430FR6989
那么 可能熟悉的朋友就知道
就说我们的料号里FR就代表了是我们最新的FR系列
那我们的内部存储器是铁链存储的
那我们的Scan Interface呢
刚才我们所讲的右边的一幅图
那个基础款的
基础款的它是集成在我们MSP430FW427
这颗芯片里面
那它的存储器呢是Flash的
基于Flash的这样一个存储器
那么ESI 我们的Extended的Scan Interface呢
刚才在讲了 它是一个完全 完全独立的一个模块
去检测位置
那么这也是刚才我为什么讲
我们有内部的一个振荡器
那其实在我们工作的时候呢
我们可以基本上完全摆脱
完全不依赖于外部的任何的一个供给
包括外部时钟
因为有时候大家可能用某些模块
那这个模块可能它做的非常的低功耗或者怎么样的
但是由于你要去启动这个模块
你不得不去打开
比如说我要打开我的高频时钟
我的系统的主时钟
那其实这个 这样的一个模式呢就不算是完全独立的
那相对于这个模式来说
那我们的Extended的Scan Interface 或者我们的Scan Interface
由于他们内部集成了这样一个振荡器
高频的一个振荡器
所以它在工作的时候呢
是完全不需要我们CPU内核包括我们系统的主时钟
去参与到的
那么Scan Interface呢
它相比于我们叫
Extended的Scan Interface 相比于我们的Scan Interface呢
它所能支持的一个传感器的数量呢
它会多一个
在我们的PSM处理单元
它会支持同时去处理三个
三个传感器
但是呢在我们的Scan Interface 就是我们FW427里面呢
它可以同时去处理两个sensors
去的一个状态
那么 另外一区别呢 其实就是说
我有ESI
会有两个AFE
但是呢 我们的Scan Interface呢只有一个AFE
那么从DAC的这样一个精度上呢
ESI的这块呢精度也会更高一些
那其他的东西呢
带来的好处呢 其实
我这里作一个比较简要的一个总结
那么从功耗上面来讲的话
因为ESI的这个 这个模块呢
它的集成度会更高一些
其实就是说 它把很多可能我们Scan Interface
需要去软件去处理的那些逻辑呢
它也有相应的一个逻辑去处理了
那么它的功耗呢相比于我们Scan Interface呢
会更低
当然Scan Interface的那个功耗呢也是非常低的
那稍后我会有一张功耗的一个对比图
大家可以看到我们基于TI的Scan Interface这样一个大的技术
那我们的功耗优势到底有多么大的一个优势
另外呢 就是说 从我们的ESI的话
我们有两个AFE 那么我们可以去做一些ontime的re-calibration
就在线的一些自校转
那么12比特的DSE呢
它也可以带来一个更好的一个检测的一个状态
状态检测的一个性能
因为我们可以对我们的一个预值的一个电压
我们的reference voltage
我们会做一个更精确的 更精细的一个设置
那另外就是说 像我们一些
因为我们是独立的一个模块
所以用户在去用它的时候呢 也会非常简单
你不需要去调用其他的模块
比如说我们的CPU内核或者其他别的模块去做相应的配合
那么你使用过程中 相匹于你的代码也会非常简单
当然这个代码呢 TI也会提供相应的一个参考的一个工程
那用户呢 只需要在这个参考工程上面你去修改
基于你设计 你的sensor的设计
那相应的一些参数
那其他的整个工程的源代码 工程的架构
都是TI免费提供给 公开给大家的
大家不用去在这方面去花时间去看
那么这幅幻灯片呢 其实给大家简要地介绍了一下
我们基于TI的Scan Interface这样一个技术呢
我们所支持的不同类型 不同类型的一个sensor
那么其实第一个sensor就是我们刚才所讲的那种LC的sensor
这种sensor呢 有的是去检测这个振荡
检测振荡的波形
有的是去检测整个波形的一个包络
通过检测包络去做
但是呢 大同小异 其实它内部的
就是说整个sensor的原理就是LC的这种自激振荡
自激的这种振荡
那么第二种类型就是我们叫磁传感器
那我们的那个转轮 它是带磁性的 有磁性的
那我们通过磁传感器呢 可以检测到这个磁性的一个变化
磁性的一个变化
那么通过这个变化呢 我就可以判断出来你这个转轮呢
是怎么样一个状态 正转反转还是停止 对吧
那么最后一个呢可能也 相对来说比较简单比较老的一个技术
就是我们的那种光传感器 光电制度这样一个传感器
去做检测
那么这三种传感器类型呢
那基于TI的Scan Interface 我们刚才讲到的那样一个 那个模块
那个集成在我们430单片机里面的这样一个模块呢都是可以支持的
大家都是可以去采集 可以去处理的
那么相应的对于三种类型的
三种类型的这个模块呢 我们的一个TI也给大家提供了
三篇我们的技术文档
我们TI叫APP note
Application note
应用的一个文档
每个应用文档里面对相应的这种检测的方式呢
会做一个比较详细的介绍
而且我们会有一些示例的工程 硬件软件的示例工程
我们那个测试的一个值 方法
一些系统的设计原理 都会有一个相应的介绍
大家如果去 如果你所做的项目
或者说你对某一种类型的sensor感兴趣的话
大家可以去参考这个
但是呢 我们今天主要还是
主要还是集中于讲这种类型的sensor
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视频简介
基于TI MSP430 Scan Interface 技术的流量表解决方案2
所属课程：基于TI MSP430 Scan Interface 技术的流量表解决方案
发布时间：2018.08.02
视频集数：4
本节视频时长：00:36:31
主要介绍Scan Interface 技术集成于TI MSP430 系列超低功耗单片机，可适用于基于LC sensor检测方式的流量表方案。
未学习 基于TI MSP430 Scan Interface 技术的流量表解决方案1
未学习 基于TI MSP430 Scan Interface 技术的流量表解决方案2
未学习 基于TI MSP430 Scan Interface 技术的流量表解决方案3
未学习 基于TI MSP430 Scan Interface 技术的流量表解决方案4
