【導讀】在快速發(fā)展的工業(yè)電子領(lǐng)域，軟件可配置模擬 I/O 器件的開(kāi)發(fā)為系統設計和運行帶來(lái)了前所未有的多功能性和效率。Analog Devices 的 MAX22000 就是一個(gè)很好的實(shí)例，它提供了一個(gè)多面的模擬信號處理方法，可按需重新配置，以適應各種應用。
曾幾何時(shí)，模擬 I/O 就是最專(zhuān)業(yè)、功能最固定的硬件。例如，電流驅動(dòng)器和電壓傳感器是完全不同的零件，試圖顛倒其角色可謂是荒謬至極。
軟件可配置模擬 I/O 將這種荒謬變成了現實(shí)。如今，單一模擬集成電路 (IC) 就能實(shí)現多種角色。例如，Analog Devices 的 MAX22000 工業(yè) I/O 設備提供六個(gè)模擬輸入和一個(gè)模擬輸出，所有輸入和輸出均可配置為電壓或電流模式。
這些 IC 的靈活性使之成為多功能系統的理想之選，因為硬件可以隨時(shí)重新配置，方便處理各種輸入和輸出類(lèi)型。更為甚者，可配置的 I/O 通?？梢酝ㄟ^(guò)軟件進(jìn)行微調，從而提高準確度和精確度。
案例研究：便攜式多功能校準器
展示這些優(yōu)點(diǎn)前，我們先考慮一下校準系統的要求。許多工業(yè)模擬 I/O 模塊需要定期校準，才能確保正常運行。通常情況下，校準需要使用一系列儀器，運輸和操作都很麻煩。用多功能設備取代這些儀器后，技術(shù)人員可以提高工作效率，同時(shí)提高了工作精度。
例如，圖 1 所示的校準器設計可用于打造一個(gè)可替代多種儀器的便攜式多功能系統。此外，這種電池供電的設計還能實(shí)現與笨重的臺式校準器相媲美的性能。
圖 1：可圍繞 MAX22000 I/O 設備構建的便攜式多功能校準器。（圖片來(lái)源：Analog Devices）
該設計的核心是 MAX22000。除了支持電壓和電流檢測外，其輸入還可配置為熱電偶模式或電阻溫度檢測器 (RTD) 模式。這使得該芯片非常適合校準溫度變送器或信號調節器，因為它可以將其電壓或電流輸出與熱電偶或 RTD 的溫度讀數進(jìn)行比較。
該設計的一個(gè)顯著(zhù)特點(diǎn)是集成了溫度補償。具體來(lái)說(shuō)，它包含兩個(gè) MAX31875，這是一個(gè) 0.84 × 0.84 × 0.35 毫米 (mm) 的微型溫度傳感器。如圖 1 所示，其中一個(gè) IC 可以放置在 MAX22000 附近，另一個(gè)靠近源端子，從而實(shí)現對兩端之間電壓梯度的溫度補償。
圍繞軟件可配置模擬 I/O 設計嵌入式系統
如果您正在考慮以 MAX22000 為基礎設計這樣一個(gè)系統，有幾個(gè)設計注意事項需要注意。我建議首先使用 MAX22000EVKIT# 評估套件（圖 2）試驗一下，以縮短 IC 配置學(xué)習時(shí)間。
圖 2：MAX22000EVKIT# 評估套件包含用于配置 MAX22000 I/O 器件的軟件。（圖片來(lái)源：Analog Devices）
您需要一種更強大的方法來(lái)配置器件，以便實(shí)現生產(chǎn)就緒型設計。便攜式校準器設計就展示了這樣一種方法。MAX22000 通過(guò)串行外設接口 (SPI) 連接到 MAX32625——一個(gè) Arm Cortex-M4F 單片機。該單片機通過(guò)其通用異步接收器/發(fā)送器 (UART) 端口連接到板載 FTDI FT234XD-R USB 橋接器。
許多設計還需要顯示器和用戶(hù)控制裝置。就便攜式校準器而言，像 Seeed Technology Co., Ltd. 的 Nextion NX4827T043 - GE 這樣的小型、低分辨率觸摸屏就能有效實(shí)現這兩個(gè)目的。這款 4.3 英寸(109.22 mm) 電阻式顯示屏的分辨率為 480 x 272，對于基本用戶(hù)界面來(lái)說(shuō)綽綽有余。
如果您是嵌入式系統新手，建議您從 MAX32625MBED 這樣的評估板開(kāi)始。它基于 MAX32625 單片機，為應用開(kāi)發(fā)和調試提供了一個(gè)完整的系統。它還通過(guò) Arduino 兼容連接器提供了連接如 USB 端口和顯示器之類(lèi) I/O 外設的便捷方法。
電池供電型系統電源管理
您需要為像便攜式校準器這樣的電池供電型系統加入電壓轉換和電池監控功能。在本文示例設計中，電壓轉換由反激式轉換器 MAX17498 負責，它將 5 伏 USB 輸入電壓提升至電池組所需的 7.2 伏。同時(shí)，MAX17320X20-T 電量計管理電池狀態(tài)，包括電壓、電流和溫度。
與本博客討論的其他元件一樣，這些 IC 也有評估套件。具體來(lái)說(shuō)，您可以使用 MAX17498BEVKIT 測測這個(gè)反激式轉換器，使用 MAX17320X2EVKIT 試試電量計。您還可以使用 MAX31875EVKIT 試用一下微型 MAX31875 溫度傳感器。
結語(yǔ)
在快速發(fā)展的工業(yè)電子領(lǐng)域，軟件可配置模擬 I/O 器件的開(kāi)發(fā)為系統設計和運行帶來(lái)了前所未有的多功能性和效率。Analog Devices 的 MAX22000 就是一個(gè)很好的實(shí)例，它提供了一個(gè)多面的模擬信號處理方法，可按需重新配置，以適應各種應用。
（作者： Kenton Williston）
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