升級面板表的輸入范圍和精度

摘要：利用本文介紹的方法可以輕松地將典型伏特計(jì)IC的輸入電壓范圍加倍(擴(kuò)展至±400mV)，并將測試精度提高到4?位(±40000計(jì)數(shù))。

典型伏特計(jì)IC的輸入電壓范圍為±200mV，具有3?或4?位精度。Maxim提供的Σ-Δ面板表IC (MAX1499)也不例外，但在設(shè)計(jì)中可以輕松地?cái)U(kuò)展輸入電壓范圍(至±400mV)，并使測量精度提高到4?位(±40000計(jì)數(shù))。

除了內(nèi)部20位ADC和7段顯示驅(qū)動(dòng)器外，MAX1499還集成了SPI?接口，該接口用于訪問ADC的轉(zhuǎn)換結(jié)果并控制整個(gè)LED顯示。微控制器可以利用該接口方便地讀取ADC結(jié)果，控制需要顯示的內(nèi)容。

利用簡單的電阻分壓器將輸入信號減半，即可在保持IC ±200mV輸入電壓范圍的前提下使得電路的輸入范圍擴(kuò)充一倍。這種情況下，ADC的實(shí)際輸入為VIN/2，而不是VIN。對轉(zhuǎn)換結(jié)果簡單地左移一位(數(shù)字域乘2)，即可補(bǔ)償這個(gè)“1/2”系數(shù)。

ADC的分辨率為20位，足以支持4?位的精度(典型條件下，利用20位分辨率中的16位，IC即可提供4?位的精度)。圖1給出了重新排列的數(shù)據(jù)，第17位用于填充乘2后的空缺。

電阻分壓器會(huì)增大增益誤差，需要選擇高精度電阻以滿足設(shè)計(jì)規(guī)格的要求。

圖1. 通過縮減輸入信號使面板表電路的輸入電壓范圍加倍，使用更多的轉(zhuǎn)換位數(shù)可以獲得更高精度。

面板表IC內(nèi)部的7段顯示驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)共陰極LED顯示器，通過復(fù)用電路每次驅(qū)動(dòng)一位。由于驅(qū)動(dòng)器優(yōu)化于4?位顯示驅(qū)動(dòng)，這意味著第一個(gè)位置(最高有效位)只能顯示“半位”，+1或-1 (圖2)。

圖2. 七段顯示器，包括半位數(shù)據(jù)(左側(cè))和完整的“1”位數(shù)據(jù)(右側(cè))。

信號通過SPI接口可以分別控制所有段顯示器的通、斷，但第1位除外。B段和C段(構(gòu)成“1”)只能同時(shí)接通或關(guān)閉；A段、F段和D段(構(gòu)成“+”)同樣只能同時(shí)接通或關(guān)閉；當(dāng)A段、F段、D段關(guān)閉時(shí)，G段(構(gòu)成“-”)接通，反之亦然。為了將設(shè)計(jì)升級到4?位，必須保證第1位能夠顯示“1”、“2”、“3”或空白(圖3)。從圖中可以看出，F(xiàn)段從未使用，所以只需要控制六段。

圖3. ?位顯示的四種可能狀態(tài)，F(xiàn)段始終關(guān)閉。

如果用一個(gè)完整的“1位”顯示器替代?位顯示器，需要互換F段和G段的控制線，但當(dāng)顯示“1”和“+”時(shí)，除F段外需要點(diǎn)亮所有段(圖4)。?位顯示器沒有使用E段，左側(cè)連接默認(rèn)為接通狀態(tài)。增加由低成本NPN晶體管構(gòu)成的開關(guān)，從而使微控制器可以通過幾個(gè)GPIO引腳控制各個(gè)段的通、斷，顯示空白、“1”、“2”或“3”，完整電路如圖5所示。

圖4. 將?位顯示器轉(zhuǎn)換成完整的“1位”顯示器，交換F段和G段控制線。

圖5. 完整的4?位面板表電路

轉(zhuǎn)換完成信號(/EOC)提供微控制器的外部中斷，出現(xiàn)新的數(shù)值時(shí)，微控制器通過SPI接口讀取數(shù)據(jù)并將其乘2。利用SPI口在顯示寄存器設(shè)置正確的數(shù)值，決定點(diǎn)亮(接通)哪一段。外部晶體管開關(guān)在GPIO的控制下創(chuàng)建所需要的字符顯示。

在第一位之前可以利用一個(gè)矩形LED作為減號，受控于不使用的小數(shù)點(diǎn)控制線。該應(yīng)用可以選擇任何帶有外部中斷、SPI接口和足夠的GPIO的微控制器。測試裝置包括MAX1499面板驅(qū)動(dòng)器IC (安裝在顯示板上)，由低功耗RISC微控制器(MAXQ610，安裝在*估板上)控制(圖6 )，可下載系統(tǒng)固件。

圖6. 利用RISC微控制器(MAXQ610-KIT)、定制顯示板和面板表IC (MAX1499)實(shí)現(xiàn)圖5所示系統(tǒng)