คู่มืออ้างอิง PmodIA™
แก้ไขเมื่อ 15 เมษายน 2016
คู่มือนี้ใช้กับ PmodIA rev. ก
เกินview
PmodIA คือเครื่องวิเคราะห์อิมพีแดนซ์ที่สร้างขึ้นโดยใช้เครื่องวิเคราะห์เครือข่ายตัวแปลงอิมพีแดนซ์ AD5933 12 บิตของ Analog Devices ADXNUMX
คุณสมบัติ ได้แก่:
- เครื่องวิเคราะห์อิมพีแดนซ์พร้อมตัวแปลงอิมพีแดนซ์ 12 บิต
- วัดค่าความต้านทานได้ตั้งแต่ 100Ω ถึง 10 MΩ
- การกวาดความถี่ที่ตั้งโปรแกรมได้
- ค่าเกนที่ตั้งโปรแกรมได้ ampชีวิต
- การสร้างนาฬิกาภายนอกเพิ่มเติม
- PCB ขนาดเล็กสำหรับการออกแบบที่ยืดหยุ่น 1.6 นิ้ว × 0.8 นิ้ว (4.1 ซม. × 2.0 ซม.)
- พอร์ต 2×4 พิน พร้อมอินเทอร์เฟซ I²C
- เป็นไปตามข้อกำหนดอินเทอร์เฟซ Digilent
- ห้องสมุดและอดีตampรหัส le มีอยู่ในศูนย์ทรัพยากร
พีโมเดีย
คำอธิบายการทำงาน
PmodIA ใช้อุปกรณ์อะนาล็อก AD5933 พร้อมด้วยเครื่องกำเนิดความถี่ออนบอร์ดและตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัล (ADC) เพื่อให้สามารถกระตุ้นอิมพีแดนซ์ที่ไม่รู้จักภายนอกที่ความถี่ที่รู้จัก ความถี่ที่ทราบนี้จะถูกส่งผ่านขั้วต่อ SMA ตัวใดตัวหนึ่ง การตอบสนองความถี่จะถูกบันทึกโดยตัวเชื่อมต่อ SMA อื่น ๆ และส่งไปยัง ADC และดำเนินการแปลงฟูริเยร์แบบแยก (DFT) บนampนำข้อมูลมาจัดเก็บส่วนจริงและจินตภาพของโซลูชันในการลงทะเบียนข้อมูลบนชิป ขนาดของอิมพีแดนซ์ที่ไม่รู้จักตลอดจนเฟสสัมพัทธ์ของอิมพีแดนซ์ในแต่ละจุดในการกวาดความถี่ที่สร้างขึ้นสามารถคำนวณได้จากคำข้อมูลทั้งสองนี้
อินเทอร์เฟซ 1.1 I² C
PmodIA ทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์ทาสโดยใช้โปรโตคอลการสื่อสาร I² C มาตรฐานอินเทอร์เฟซ I² C ใช้สายสัญญาณสองเส้น นี่คือข้อมูลI² C และนาฬิกาI² C สัญญาณเหล่านี้จะแมปกับข้อมูลอนุกรม (SDA) และนาฬิกาอนุกรม (SCL) ตามลำดับบน PmodIA (ดูตารางที่ 1) คำแนะนำต่อไปนี้จะอธิบายวิธีการอ่านและเขียนลงในอุปกรณ์
คุณต้องพิจารณาสองโปรโตคอลเมื่อเขียนไปยัง PmodIA: ไบต์การเขียน/ไบต์คำสั่ง และการเขียนบล็อก การเขียนไบต์เดียวจากต้นแบบไปยังสเลฟต้องการให้มาสเตอร์เริ่มต้นเงื่อนไขการเริ่มต้นและส่งที่อยู่ทาส 7 บิต คุณต้องถือบิตการอ่าน/เขียนให้ต่ำเพื่อเขียนไปยังอุปกรณ์ทาสได้สำเร็จ PmodIA ควรตั้งค่าที่อยู่ทาสเป็น 0001101 (0x0D) เมื่อเริ่มต้นระบบ หลังจากที่ทาสรับทราบที่อยู่แล้ว มาสเตอร์จะต้องส่งที่อยู่ของรีจิสเตอร์ที่ต้องการเขียนถึง เมื่อสเลฟรับทราบการรับที่อยู่นี้ ต้นแบบจะส่งไบต์ข้อมูลเดียวที่สเลฟควรรับทราบด้วยบิตส่งคืน ต้นแบบควรออกเงื่อนไขการหยุด
คุณยังสามารถใช้โปรโตคอลนี้เพื่อตั้งค่าตัวชี้สำหรับที่อยู่การลงทะเบียนได้ หลังจากที่ต้นแบบส่งที่อยู่ทาสและเขียนบิต และทาสตอบสนองด้วยบิตรับทราบ ต้นแบบจะส่งไบต์คำสั่งตัวชี้ (10110000 หรือ 0xB0) สเลฟจะยืนยันบิตรับทราบ จากนั้นมาสเตอร์จะส่งที่อยู่ของรีจิสเตอร์ให้ชี้ไปที่หน่วยความจำ ครั้งถัดไปที่อุปกรณ์อ่านหรือเขียนข้อมูลไปยังรีจิสเตอร์ อุปกรณ์จะเกิดขึ้นที่ที่อยู่นี้
บันทึก: ต้องตั้งค่าตัวชี้ก่อนที่จะใช้โปรโตคอลการเขียนบล็อกหรือการอ่านบล็อก
คุณสามารถดำเนินการโปรโตคอลการเขียนแบบบล็อกในลักษณะเดียวกันกับการตั้งค่าตัวชี้ ส่งคำสั่งเขียนบล็อก (10100000 หรือ 0xA0) แทนที่คำสั่งตัวชี้ และจำนวนไบต์ที่ส่ง (แสดงเป็นไบต์) จะเข้ามาแทนที่ที่อยู่การลงทะเบียน โดยไบต์ของข้อมูลที่ตามมาจะถูกจัดทำดัชนีเป็นศูนย์ ใช้สองโปรโตคอลเดียวกันเมื่ออ่านข้อมูลจาก PmodIA: รับไบต์และบล็อกการอ่าน
| ขั้วต่อ J1 – การสื่อสาร I² C | ||
| เข็มหมุด | สัญญาณ | คำอธิบาย |
| 1, 2 | เอส ซี แอล | นาฬิกาI² C |
| 3, 4 | เอสดีเอ | ข้อมูลI² C |
| 5, 6 | ก.ย.ด. | กราวด์แหล่งจ่ายไฟ |
| 7, 8 | วีซีซี | แหล่งจ่ายไฟ (3.3V/5V) |
1.2 แหล่งสัญญาณนาฬิกา
PmodIA มีออสซิลเลเตอร์ภายในที่สร้างนาฬิกา 16.776 MHz เพื่อเรียกใช้อุปกรณ์ คุณสามารถใช้นาฬิกาภายนอกได้โดยโหลด IC4 บน PmodIA และตั้งค่าบิต 3 ในรีจิสเตอร์ควบคุม (ที่อยู่รีจิสเตอร์ 0x80 และ 0x81)
แผนผัง PmodIA แสดงรายการออสซิลเลเตอร์ที่แนะนำ แผนผังสามารถดูได้จากหน้าผลิตภัณฑ์ PmodIA ที่ www.digilintinc.com.
1.3 การตั้งค่าการกวาดความถี่
ความต้านทานไฟฟ้า ? ของวงจรอาจแตกต่างกันไปตามช่วงความถี่ PmodIA ช่วยให้คุณสามารถตั้งค่าการกวาดความถี่เพื่อค้นหาคุณลักษณะอิมพีแดนซ์ของวงจรได้อย่างง่ายดาย ขั้นแรก คุณต้องตั้งค่าอินเทอร์เฟซ I² C ระหว่างบอร์ดโฮสต์และ PmodIA PmodIA ต้องการข้อมูลสามส่วนเพื่อดำเนินการกวาดความถี่: ความถี่เริ่มต้น จำนวนขั้นตอนในการกวาด และความถี่ที่เพิ่มขึ้นหลังจากแต่ละขั้นตอน ความถี่เริ่มต้นและพารามิเตอร์ที่เพิ่มขึ้นต่อขั้นตอนจะถูกจัดเก็บเป็นคำขนาด 24 บิต พารามิเตอร์จำนวนขั้นตอนจะถูกจัดเก็บเป็นคำขนาด 9 บิต
คุณสามารถตั้งโปรแกรมระดับเสียงจากยอดถึงยอดได้tage ของความถี่เอาท์พุตในการกวาดโดยการตั้งค่าบิต 10 และ 9 ในรีจิสเตอร์ควบคุม จุดสูงสุดถึงจุดสูงสุดtagจำเป็นต้องตั้งค่า e อย่างเหมาะสมโดยสัมพันธ์กับการทดสอบอิมพีแดนซ์ ทั้งนี้เพื่อหลีกเลี่ยงการดำเนินการภายในampจากการพยายามส่งเอาต์พุตโวลtage หรือกระแสเกินขีดความสามารถสูงสุด ขอแนะนำว่าเมื่อใช้ตัวต้านทานป้อนกลับ 20 โอห์มเพื่อตั้งค่าจุดสูงสุดถึงจุดสูงสุดtage เป็น 200mV หรือ 400mV และเมื่อใช้ตัวต้านทานป้อนกลับ 100K-ohm ให้ตั้งค่าจุดสูงสุดเป็นปริมาตรสูงสุดtagที่ 1V.
เมื่อวงจรตื่นเต้นแล้ว จะต้องใช้เวลาระยะหนึ่งกว่าจะถึงสภาวะคงตัว คุณสามารถตั้งโปรแกรมเวลาตกตะกอนสำหรับแต่ละจุดในการกวาดความถี่ได้โดยการเขียนค่าเพื่อลงทะเบียนที่อยู่ 0x8A และ 0x8B ค่านี้แสดงถึงจำนวนช่วงความถี่เอาท์พุตที่ตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัลจะละเว้นก่อนที่จะเริ่มทำงานampการตอบสนองความถี่ (ดูตารางที่ 2 สำหรับรายการรีจิสเตอร์และพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้อง)
| ที่อยู่สำหรับลงทะเบียน | พารามิเตอร์ |
| 0x80, 0x81 | รีจิสเตอร์ควบคุม (Bit-10 และ Bit-9 ตั้งค่าปริมาณสูงสุดถึงจุดสูงสุดtage สำหรับความถี่เอาท์พุต) |
| 0x82, 0x83, 0x84 | ความถี่เริ่มต้น (Hz) |
| 0x85, 0x86, 0x87 | เพิ่มขึ้นต่อขั้น (Hz) |
| 0x88, 0x89 | จำนวนก้าวในการกวาด |
| 0x8A, 0x8B | เวลาในการปักหลัก (จำนวนช่วงความถี่เอาท์พุต) |
คุณสามารถคำนวณคำแบบ 24 บิตเพื่อจัดเก็บไว้ที่ที่อยู่รีจิสเตอร์สำหรับความถี่เริ่มต้นและพารามิเตอร์ที่เพิ่มขึ้นต่อขั้นตอนโดยใช้รหัสความถี่เริ่มต้นและสมการรหัสการเพิ่มความถี่ด้านล่าง คุณยังสามารถค้นหาสมการเหล่านี้และข้อมูลเพิ่มเติมได้ในเอกสารข้อมูล AD5933
เมื่อคุณตั้งค่าพารามิเตอร์เหล่านี้แล้ว ให้ทำตามขั้นตอนต่อไปนี้เพื่อเริ่มการกวาดความถี่ (ถอดความจากเอกสารข้อมูล AD5933):
- เข้าสู่โหมดสแตนด์บายโดยส่งคำสั่งสแตนด์บายไปยังรีจิสเตอร์ควบคุม
- เข้าสู่โหมดการเริ่มต้นโดยการส่งคำสั่งการเริ่มต้นด้วยความถี่เริ่มต้นไปยังรีจิสเตอร์ควบคุม
ซึ่งช่วยให้วงจรถูกวัดไปถึงสถานะคงที่ได้ - เริ่มต้นการกวาดความถี่โดยการส่งคำสั่งเริ่มต้นการกวาดความถี่ไปยังรีจิสเตอร์ควบคุม
1.4 การคำนวณความต้านทาน
ตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัลampตอบสนองความถี่จากอิมพีแดนซ์ที่ไม่รู้จักสูงถึง 1MSPS พร้อมความละเอียด 12 บิตสำหรับทุกจุดในการกวาดความถี่ ก่อนที่จะจัดเก็บการวัด PmodIA จะทำการแปลงฟูริเยร์แบบแยกส่วน (DFT) บนampข้อมูลนำ (1,024 วินาทีampสำหรับแต่ละขั้นตอนความถี่) รีจิสเตอร์สองตัวจัดเก็บผลลัพธ์ DFT: รีจิสเตอร์จริง และรีจิสเตอร์จินตภาพ
อิมพีแดนซ์ทางไฟฟ้ามีทั้งจำนวนจริงและจำนวนจินตภาพ ในรูปแบบคาร์ทีเซียน คุณสามารถแสดงความต้านทานได้ด้วยสมการ:
z = จริง + j ∗จินตภาพ
โดยที่ Real คือองค์ประกอบที่แท้จริง Imaginary คือองค์ประกอบจินตภาพ และ ? เป็นจำนวนจินตภาพ (เทียบเท่ากับ i = √−1 ในทางคณิตศาสตร์) คุณยังสามารถแสดงอิมพีแดนซ์ในรูปแบบเชิงขั้วได้:
อิมพีแดนซ์ = |z|∠θ
ที่ไหน |Z| คือขนาดและ ∠θ คือมุมเฟส:
PmodIA ไม่ได้ทำการคำนวณใดๆ หลังจากแต่ละ DFT อุปกรณ์หลักจะต้องอ่านค่าในรีจิสเตอร์จริงและจินตภาพ
ในการคำนวณอิมพีแดนซ์ที่แท้จริง คุณต้องคำนึงถึงเกนด้วย คุณสามารถหาแฟนเก่าได้ampการคำนวณตัวคูณอัตราขยายในแผ่นข้อมูล AD9533
1.5 การอ่านอุณหภูมิ
PmodIA มีเซ็นเซอร์อุณหภูมิ 13 บิตในตัวเพื่อตรวจสอบอุณหภูมิของอุปกรณ์ โปรดดูเอกสารข้อมูล AD5933 สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการควบคุมโมดูลนี้
1.6 ลงทะเบียนที่อยู่
เอกสารข้อมูล AD5933 มีตารางที่อยู่การลงทะเบียนที่สมบูรณ์
มิติทางกายภาพ
หมุดบนส่วนหัวของหมุดมีระยะห่าง 100 ไมล์ PCB ยาว 1.6 นิ้วที่ด้านข้างขนานกับพินบนส่วนหัวของพิน และยาว 0.8 นิ้วที่ด้านข้างในแนวตั้งฉากกับส่วนหัวของพิน
ดาวน์โหลดจาก แอร์โรว์.คอม.
ลิขสิทธิ์ Digilent, Inc. สงวนลิขสิทธิ์
ชื่อผลิตภัณฑ์และบริษัทอื่นๆ ที่กล่าวถึงอาจเป็นเครื่องหมายการค้าของเจ้าของที่เกี่ยวข้อง
1300 เฮนลีย์ คอร์ท
พูลแมนวอชิงตัน 99163
509.334.6306
www.digilintinc.com
เอกสาร / แหล่งข้อมูล
 |
PmoDIA ที่เข้มงวดพร้อมบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์นาฬิกาภายนอก [พีดีเอฟ] คู่มือการใช้งาน PmodIA พร้อมบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์นาฬิกาภายนอก, PmoDIA, พร้อมบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์นาฬิกาภายนอก, บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์นาฬิกาภายนอก, บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์นาฬิกา, บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์, บอร์ด |