标签: lm3s811

  利用LM3S811 的 定时器、外部中断、 SSI 模块等 功能 制作了一个自行车测速装置。 本作品使用 LM3S811 单片机 通过 开关 型霍尔 传感器 A04E 检测 车轮的转数，利用 SSI （同步串行 通信 ）模块向两片级联的 74HC595 发送 16 位的 数据 来 驱动 六位数码管，其中高 八位用于片选，低八位用于段选。通过一个按钮来切换显示速度和里程。 1 系统 方案 1.1 电源 由于 LM3S811 的 工作 电压 是 3.3V ，所以直接采用两节 5 号干电池供电。 1.2 显示 由于速度与里程的范围： 0~40.01 和 0~700.1 ，只需 5 位即可显示。所以用 2 片 3 位的数码管吗组成 1 片 6 位的，其中第一位分别显示 U和 L 代表速度和里程。 1.2 检测 采用外部中断当单片机检测到下降沿时，计数值加一。每隔一秒计算一次速度。 2系统理论分析与计算2.1 数码管显示 将 6 个数码管的段选并联，由 U1 控制； U2 的低 6 位用作片选码。数据帧的大小为 16 位，其中 0~7 位为段选码，第 8~13 用于片选码 LM3S811 在上电时，所有 GPIO 引脚默认为 输入 ， 软件 设计 根据应用要求配置 GPIO 引脚。 在使用 SSI 时，需通过对 RCGC1 寄存器 中的 SSI 位置位使能 SSI 外设时钟。配置 SSI 为主机模式，协议模式为 Freescale SPI 单次传输模式。 为了切换显示速度和里程，分别用定时器 1 和定时器 2 定时中断，不断刷新数码管。外加一个按钮，当键按下时初始化定时器 1 ，显示里程；否则只初始化定时器 2 ，显示速度。 2.2 计算速度与里程 在车轮一周上均匀放置 6 个磁钢，假设车轮半径 0.5m ，则车轮转一周为 π m 。 每两个磁钢之间的距离位 π /6 m 。磁钢检测采用外部中断，每中断一次计数器加 1 。再用定时器 0 定时中断，每隔一秒计算一次速度， v=counter* π /6 m/s 转换成 V=v*3.6 km/h ，里程 mile 则一直累加。

  　　手上有块TI的LM3S811开发板，虽然不是专业的ADC，但其包含4通道的ADC，采样率500kbps，10位分辨率，可以量程在-1.5V~1.5V或0V~3V，还有一路模拟比较器，应该足可以测量交流有效值了，就看能测量到什么程度了。我手上有个项目，需测量的信号是400Hz，最大±12V，就以此为例，怎样才能最大发挥该芯片ADC测量交流有效值的能力呢？ 　　在航空电气、自整角机、旋转变压器中都是需要同时测量几路信号，这样先得考虑该芯片是否具有同步测量的可能性，假设其中一路信号为，可用V=Acos(wt)来表示，其中A为幅度，w就是2*pi*400Hz了。ADC量程为-1.5V~1.5V或0V~3V，10bit的分辨率，最低电压分辨率为3/1024=2.93mv，500bps的采样率对应2us，呵呵，4路通道之间的间隔就是6us，如果在6us内变化小于2.93/2=1.46mv即采集的数据的误差仅ADC的分辨率决定，对于该芯片则为同步采集。对于400Hz的信号，每个周期其幅度变化1.46mv/6us/400Hz=0.6v，而该信号的幅度才1.2v，一个周期内幅度就变化至少一半，那是不可能的事情，所以理论上可以满足同步采集的要求。 　　测量正弦波交流电有效值有好几种方法，一种是通过二极管、电容构成的检波电路，将交流转换成直流，但该方法对400Hz这样的低频信号误差较大，放弃。一种是通过AD736这样的专用芯片测量，精度我没查数据手册，价格不便宜，放弃。一种是直接ADC采样，可以多次采集求面积，也可以只测量最大值，这种方法测400Hz的低频交流电最好了。 　　开始想直接测量，LM3S811有一个模拟比较器，可以很容易地知道每周期的开始，对于400Hz的正弦波信号，可以精确在其1/4周期处采集最大值，将±12V的交流信号利用电阻分压成±1.2v，对于±1.5的量程，还留有25%的余量。但对于正弦波这样对称的波形，就浪费了一半的信息，能够测量的电压分辨率只有3V/1024=2.93mv，对应到交流信号为2.93mv*10=29.3mv。 　　接着想到采用多次采样求面积的方法，对于绝大部分信号可以通过多次采样提高精度，也可在软件算法上加上抗干扰措施，但对于幅度小于29.3mv的信号就无能为力了。 　　既然交流信号是对称的，如果只采集上半波，将上半波扩充到整个ADC量程内，精度则可提高一倍。但二极管单向导通不能以0为界限精确半波整流，需要0.7v以上才能导通，而且相对于原始信号存在0.7v的误差，呵呵，这可比上述的29.3mv严重多了。想了几天，既然不能够精确地以0v为界来划分，那可以以-0.7v乃至-1v划分，后面在软件中修正，至少ADC采集的信号要精确。 　　如图1，T3是电阻分压后的信号，T4是调理后的信号，虽然翻遍了LM3S811的datasheet没看到其ADC的输入电压极限值，目前也没有测试如果在设置0v~3v的情况下输入负电压会怎么样，但我想其可以测量0v~3v和-1.5v~1.5v，输入-1v~3v的电压应该没有问题，负电压要是直接当0v处理，那倒免得我在软件上修正了。该方法如果可行，测量信号的精度应该为14.6mv，对应的交流电压就是10mv了，呵呵。   　　　　　　　　图1  原理图   　　　　　　　　图2  瞬态分析图 　　综上所述，如果交流信号频率变化，那可以多次采样求面积。如果交流信号是频率固定的，而且频率不高，这种情况也是最常见的，利用模拟比较器可精确地算出周期，其ADC采集信号时也只需在1/4周期处测量最大值即可，这样计算也少，精度也能满足，同时认为是同步采集的，对于有效值为15/1.414=10.6v以下的信号，精度可以达到10mv，达到了10位ADC的极限，物尽其用了。