查看网站服务器信息,网页制作怎么做表格,深圳十大景观设计公司排名,网站数据PCAP01超高精电容传感芯片STM32LabView可视化 文章目录 PCAP01超高精电容传感芯片STM32LabView可视化一、PCAP01介绍1.1、PCAP01引脚定义1.2、电容测量1.3、温度测量1.4、PCAP典型测试电路 二、PCAP01的STM32驱动2.1、SPI协议配置2.2、PCAP01浮空电容测量内部温度测量操作流程 …PCAP01超高精电容传感芯片STM32LabView可视化 文章目录 PCAP01超高精电容传感芯片STM32LabView可视化一、PCAP01介绍1.1、PCAP01引脚定义1.2、电容测量1.3、温度测量1.4、PCAP典型测试电路 二、PCAP01的STM32驱动2.1、SPI协议配置2.2、PCAP01浮空电容测量内部温度测量操作流程 三、制定串口通讯协议四、LabView上位机 一、PCAP01介绍
PCAP01Ax_0301是ACAM公司推出的一款单芯片电容测量方案集成芯片。该芯片集成了电容测量部分以及片内哈弗架构DSP可以实现至高500kHZ的超高速电容测量以及数据处理。在温湿度传感、动力学传感器、MEMS、液位传感器、触摸检测等领域具有广阔的应用前景。
本文章将抽丝剥茧的从70多页的英文文档中梳理出该芯片的配置过程。
1.1、PCAP01引脚定义 引脚描述BUFFCAPConnect microfarad bypass capacitance and nanofarad bypass capacitance to GND. Bridge all BUFFCAP pins. Bypassing is mandatory! 简言之该引脚需要与所有BUFFCUP引脚相连并且必须对地连接uF级别和nF级别的电容进行去耦一般选择4.7uF和100nFGNDGroundIIC_ENPut this to LOW or GND for use of SPI bus. Put it to HIGH or VDD otherwise.(简言之拉低该引脚启用SPI)INTNOptional. Interrupt line, low activeMISO_PG1Serial interface data line, Master In - Slave Out (SPI only, otherwise available as general-purpose port)简言之SPI通讯线MOSI_SDASerial interface data line, Master Out - Slave In简言之SPI通讯线OXINOXOUTMay be left open. Very exceptionally used for connecting a 4 to 20 MHz ceramics resonator or quartz.(简言之外部晶振接口一般不接)PC0-PC7“CDC” or capacitive measurement ports. Connect reference and sensors here, beginning with PCØ for the reference.(简言之电容检测引脚)PCAUXMay be used for external discharge resistor.(外接泄压电阻)PG2-PG5General purpose I/O ports. PG4 and PG5 are output only, others are configurable input or output.PT0-PT1“RDC” or temperature measurement ports. Connect one side of the external resistive sensors here.PT2REFWhen there is an external resistive (temperature measurement) reference, connect it here, otherwise this is the place for a third resistive sensor.(外接参考电阻)PTOUTFor temperature measurement, connect the other side of the resistive sensors and a 33 nF ceramics capacitor here.(简言之温度测量时需要将该引脚通过33nF的电容进行接地这是必须电容值必须33nF)SCK_SCLSerial interface clock line(SPI的时钟线)SSN_PG0SPI interface chip select line, low active. Alternatively general purpose I/O port.(简言之SPI的片选信号线拉低表示选中该芯片)VDDVDD here, plus bypass capacitance to GND. Bypassing is mandatory!VPP_OTPSet to 6.5 V during OTP programming. Set back to GND rapidly after the end of the programming process. Keep pin grounded for normal device operation. Apply a 470 kOhm pull-down resistor to this pin.简言之在OTP编程的时候接上6.5V变成结束迅速拉低正常使用时应当拉低
需要注意当芯片底部中心具有焊盘时需要将该焊盘接地
1.2、电容测量 该传感器通过给电容进行充电后计算其放电时间换算出电容的容值。输出的结果为 t N t r e f C N C r e f \frac{t_N}{t_{ref}}\frac{C_N}{C_{ref}} treftNCrefCN.
PCAP01具有三种测量电容的方式分别为浮动测量方式、接地测量方式以及差分测量方式。这些测量方式中都规定C0为参考电容因此该芯片最多支持3路浮动测量或者7路接地测量。其连接方式如下图所示
根据PCAP01的测量原理可知要获得精确的测量结果就要求参考电容的精度足够高。并且当使用长线进行电容测量时需要使用屏蔽线并将屏蔽线缆接地。同时、PCAP01具有内部和外部补偿测量模式、启用后可以消除内部和外部电路电阻的影响。
1.3、温度测量 PCAP01支持内部和外部温度测量两种模式在一般的应用场景下内部的温度传感器已经符合要求。如图3-14所示为外部测量模式、该模式下需要外接一个热敏电阻PT1000以及一个超低温漂的参考电阻。如果使用内部模式、PCAP内部具有一个2800ppm/K的热敏电阻以及一个温漂接近0ppm/K的参考电阻直接悬空PT0以及PT2REF即可。
1.4、PCAP典型测试电路 本电路为浮动模式电容测量以及内部温度测量、使用SPI进行通讯。
二、PCAP01的STM32驱动
PCAP01首先需要写入固件芯片才能正常运行。官方提供了两个版本的固件给用户选择有能力的也可以自己编写。固件地址https://www.sciosense.com/pcap01-capacitance-to-digital-conversion-digital-signal-processor/
固件写入完成后就可以开始寄存器的相关配置PCAP01的寄存器配置表如下所示 读寄存器表 各个寄存器的每一位代表的配置详见官方手册。
2.1、SPI协议配置
如图所示为PCAP01的SPI模式要求在进行STM32的SPI初始化的时候应当遵照表中要求对单片机的SPI外设进行相应的配置。 PCAP01的SPI为标准的四线全双工SPI通讯SSN引脚输出一个短暂的高电平使能SPI传输随后数据随着时钟线的嘀嗒移入移出。 在写时序中只需要将待写入的数据依次移出即可但这里需要遵循PCAP01的写入规则 上述的意思是在进行寄存器写入操作的时候单帧数据的最高两位为11紧接着跟上寄存器的地址例如寄存器0Register0的地址为0则输出数据前八位为11000000即0xC0。其后再接上24位寄存器的配置值。 在读时序中需要先发送需要读取的寄存器地址然后等待一小段间隔再发送移位信号将PCAP01相关寄存器中的数据移出。需要注意的是发送的起始两位为01综上所述可知如果要读取Status寄存器的数据应当发送的数据为0100 1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000转换为16进制为0x48000000。
2.2、PCAP01浮空电容测量内部温度测量操作流程
首先测试SPI通讯是否正常写入PCAP01的固件配置各个寄存器下面给出本例中的寄存器配置值
寄存器00xc04200FF 关闭OTP模式、开启程序读保护
寄存器10xC1201022 (设置内部晶振频率50KHz)
寄存器20xc2FF460B (开启所有电容测量通道、浮动模式、泄压电阻30kOhm,开启内外补偿)
寄存器30xc3030010 (CDC的循环基准20us触发周期20*1616次平均)
寄存器40xc4080111 (时钟触发电容测量CDC cycle time 40us温度测量280us电容触发温度测量)
寄存器50xc500000A (温度测量不平均十次电容测量触发一次温度测量)
寄存器60xc6004340
寄存器70xc71F0000 (固定)
寄存器80xc8800030 (设置程序空间以及DSP的功耗)
寄存器90xc9FF000F (设置脉冲输出精度)
寄存器100xca180047 (设置DSP电压)
寄存器130xcd000007 (设置脉冲的输出数据)
寄存器140xce002ff0 (设置输出数据的斜率)
寄存器150xcf000000 (设置输出数据的偏置)
寄存器190xD3200000 (设置内部线性补偿默认为1.0000十六进制为200000)
寄存器200xD4000001 (芯片开始工作)重置所有测量SPI发送0x8A开始测量SPI发送0x8C获取对应通道的测量值例如c1/c0SPI发送0x41,随后开始读取将获取的值除以0x1FFFFF得到比例值的小数。将小数值乘以参考电容值得到被测电容值。获取温度值0x4ERt/Rref;根据公式T20Rt/Rref/0x1FFFFF-0.824 /0.0023072;计算出温度
三、制定串口通讯协议
下位机发送协议定长
Byte0Byte1Byte2-5Byte6-9Byte10-13Byte14-17Byte19帧头数据长度电容1数据电容2数据电容3数据温度数据CRC校验0x550x13
下位机接收不定长
Byte0Byte1Byte2Byte XXXByte Final帧头数据长度指令类型指令内容CRC校验0xAA
四、LabView上位机 LabView使用的是G语言其编程方式和C有很大的区别编程效率个人感觉远低于C语言但是其直观化的编程方式受到了许多科研人员的喜爱。上述为LabView的串口配置过程通过VISA配置串口模块进行参数配置随后进入顺序片段等待配置完成。随后就可以通过串口的VISA写入和VISA读取进行上位机与下位机的数据交互了。
获取到数据之后对数据协议进行解析将解析出的数据进行校验后通过波形图进行显示。 点击采集和保存通过上述的程序将传感器一段时间内的数据保存为CSV文件。 由于LabView是框图编程程序的整体结构如下 最终实现效果如图 需要整个工程完整代码请私聊。
