ZMD31010开发工具箱.docx

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ZMD31010开发工具箱

ZMD31010

RBic低成本传感器信号处理器

开发工具箱

目录

1工具箱的组成1

2USB驱动安装1

3开发板5

4RBicLiteTM测试软件10

5校准演练18

6EEPROM的“位”含义19

7常见问题及解答21

8相关文档22

9附：

Win2000下驱动程序的安装过程22

ZMD31010开发工具箱

1工具箱的组成

a）RBicLiteTM软件

b）RBicLiteTM开发板

c）RBicLiteTM远端板

d）USB连接线

e）7英尺RJ－11连接线（4线制电话线）

图1.1：

RBicLiteTM开发工具箱

RBicLiteTM工具箱软件用来完成传感器校准以及建立PC机和RBicLiteTM通信的，PC机通过USB口和开发板通信。

应用软件可在Windows98/Me/NT下运行，运行前需安装USB驱动。

2USB驱动安装

系统要求：

●5x86兼容PC

●32MBRAM

●20MB硬盘空间

●USB口

●Windows98/ME/2000/XP系统

要建立USB口与RBicLiteTM之间的通信，需安装两个驱动程序。

驱动程序的安装文件在光盘上USB_Driver文件夹内。

驱动程序安装完成后，PC机的USB口将同时是一个虚拟串口（COMx，大多数电脑上显示为COM3或COM4口），软件通过此口和开发板通信。

虚拟串口的使用方法和普通串口相同。

此外，虚拟串口不影响其作为USB口的功能。

在Windows2000和WindowsXP下，驱动程序的安装过程大体相同，只不过在对话框外观上有所区别。

这里只介绍WindowsXP下驱动程序的安装过程，Windows2000下的安装过程见附录。

在WindowsXP专业版或家庭版下安装驱动程序：

安装USB驱程：

注意：

安装USB驱程前，检查当前用户是否具有系统管理员权限。

用USB连接线连接开发板与电脑的USB口后，系统提示你发现一个新硬件，接着完成以下步骤。

Step1：

选择“No，notthistime”选项，Step2：

选择“Installfromalistorspecific

按下“Next”location（Advanced）”，按下“Next”

Step3：

选择“SearchremovablemediaStep4：

当弹出警告对话框时，选择

（floppy，CD－ROM）”，按下“Next”“ContinueAnyway”

Step5：

按下“Finish”按钮，第一个驱动程序安装完成

安装虚拟串口驱程：

这个驱程的作用是将USB设备转换成一个虚拟串口设备。

这个驱程的安装过程与上文中的过程大体类似，这里不详细叙述。

检查USB口功能：

在运行应用程序前，需检查新设备是否正常工作。

在控制面板中打开“系统属性”对话框，选择“硬件”页，点击“设备管理器”按钮，弹出设备管理器窗口，如下图所示。

如果虚拟口（USB口）工作正常，则在“PortsCOM&LPT”栏中显示“USBSerialPort（COMx）”字样。

一般情况下，此栏中显示的是COM3或COM4。

记下此虚拟串口的名称，因为在使用应用软件时需选择通信端口。

3开发板

图3.1：

开发板示意图

开发板的主要功能是建立电脑与RBicLiteTM的通信。

电脑通过USB口（虚拟串口）发送指令和数据，开发板上的微控器接收并解释这些指令，然后以ZACWireTM格式发送给RBicLiteTM。

同样，微控器也通过USB口将RBicLiteTM的数据以RS232数据包的形式发回电脑。

这些发回的数据可能是温度或者桥式传感器数据，也可能是未经修正的原始数据或者EEPROM寄存器数据。

安装通信校准软件：

将RBicLiteTM驱动程序光盘放入光驱，在光盘根目录下双击Setup.exe文件，根据安装向导的提示进行安装。

固定RBicLiteTM芯片

开发板上有两个RBicLiteTM的固定插槽，一个是SOP－8插槽，另一个是固定镀瓷样品的备选插槽（只用于测试样品，未来版本的开发板可能会去掉此插槽）。

开发板上的RJ－11连接器是用来连接远端板的，它们之间通过4线制电话线连接。

远端板上有一个放置桥式传感器和RBicLiteTM的插槽。

远端板可放置在一个封闭的“控制箱”内，通过控制“控制箱”的环境变量（比如压力、温度）实现传感器的校准。

第三种连接方法是使用开发板上的2线模块，这两条线上的信号分别是电源控制信号和ZACwireTM信号。

要在此方式下对RBicLiteTM编程，用户需设计校准固定装置（固定RBicLiteTM和桥式传感器）。

在校准固定装置上需有挂钩以固定芯片。

参见应用手册－芯片编程电路板。

注意：

在校准过程中只能选择一种连接方式。

比如，当RBicLiteTM放置在远端板上时，就不能在开发板上再放置一块RBicLiteTM芯片。

若安装两个RBicLiteTM芯片，将导致通信冲突，引发不可预料的后果。

开发板供电装置

电脑USB口为电路板供电。

板上的DC/DC开关和电压调节器用来调节电源电压。

蓝色15档电位计可将输入电压调整到2.7－5.5V范围内。

电压VDD可通过板上的两个测试点（Red=VDD，Black＝GND）测试。

VDD是开发板上所有元器件的总供电电压，当VDD小于2.7V时，电路板不能正常工作。

如果开发板上电，标签为“PWR”的LED灯闪烁绿色。

重启按钮

微控器内部有一套重启逻辑，在系统不断电的情况下，通过它可重置微控器的工作状态。

在一般情况下，很少手动重启芯片。

但当开发板对操作指令没有回应，失去与电脑的联系时，可考虑手动重启芯片。

当按下重启键后，微控器发送一个“50％”的数值到DAC，用于产生“人造桥”的输出（人造桥：

开发板上的模块，能模拟产生桥式传感器产生的差分信号，在没有外接桥式传感器时完成对RBicLiteTM的校准）。

这样有可能造成“人造桥”的输入（由软件设定）与实际值不一致。

因此，需再次按下重启按钮以确保“人造桥”的输入与应用软件的设定值相符。

ADC（A2D）转换器

开发板上有一个12位的ADC，当RBicLiteTM配置为模拟输出时，它将芯片SigTM脚的输出转换成数字量。

软件窗口下有一“GetAnalog”按钮，按下它软件便向ADC发出请求指令，ADC将A/D转换的结果发回到软件。

转换结果的显示分别以绝对电压和比例电压（％VDD）两种方式显示。

由于ADC的输入端使用的是比例电压，因此只有当VDD＝5V时，绝对电压才准确。

“人造桥”激励

这个模块由一个12位的DAC和实现差分变换的放大电路组成，此放大电路的作用是消弱DAC的输出，并把它转换成差分信号。

DAC的输入可通过软件设定，设定的数值范围为0x000－0xFFF，对应的DAC输出范围约为－10mV/V——10mV/V。

若VDD为5V，则“人造桥”的输出范围为－50mV——50mV。

“人造桥”应用在校准和测试过程中。

只有当RBicLiteTM固定在开发板上时，才能使用“人造桥”作为测量信号模拟设备；若固定在远端板上，此模块不能使用。

差分信号从跳线口J1、J2（和测试点Bn/Bp相对应）处输入（Bn＝White时对应桥信号的负极，Bp＝orange对应桥信号正极）。

若使用“人造桥”信号作为RBicLiteTM的输入信号，J1、J2应装上跳线；若使用外接桥式传感器时，去掉跳线，将桥信号接在Bn/Bp这两个测试点上。

图3.2：

开发板上的跳线分布

如何使用跳线

J1Bn/J2Bp

（参见上一节所述）

只有当“人造桥”作为信号源时才使用跳线（J1/J2），否则去掉。

J3Imeas

去掉跳线J3，在原位置安装一电流表，可测量RBicLiteTM的损耗电流。

如果使用放置有桥式传感器的远端板，则此处的损耗电流是桥式传感器与RBicLiteTM的损耗电流之和。

注意：

若芯片的数据更新率较低，此时平均损耗电流非常小（约为200μA）。

然而，损耗电流可能会突然间变得很大，这时数字万用表的读数将是一不准确的数值。

J4ExtClk

一般情况下都要用到跳线J4（ExtClk），只有在RBicLiteTM出厂测试时才去掉此跳线。

在测试模式下，需要从RBicLiteTM的Vgate脚引入一外接时钟信号。

J5ExtS.E.Brige

出厂时，此跳线默认位置是连接DAC与“人造桥”的单端－差分变换端。

如果将跳线换到下一位置，这时单端－差分变换衰减电路将和测试点（Ext.S.E）相连。

在此连接方式下，可从测试点（Ext.S.E）处引入一外接测试信号，此信号经过单端－差分变换衰减电路，变换为一差分信号，此差分信号即可作为RBicLiteTM的输入信号。

这里注意，衰减电路的信号变换比为50：

1，举例来说，若用户从测试点输入一20Hz5Vpp的信号，经过衰减电路变换后，输入到RBicLiteTM输入端（Bn/Bp）的信号为20Hz100mVpp。

远端板

远端板使得用户可以在一个可控的环境中完成RBicLiteTM的校准/桥测试/配对等操作。

使用远端板后，用户可将RBicLiteTM、桥式传感器等元件一起放入“控制箱”内，“控制箱”的压力、温度可人为控制，从而实现芯片的校准，避免了将整套开发板放入“控制箱”内，这是不可取的。

图3.3：

RBicLite的远端板

图3.3是RBicLiteTM的远端板，板上留有放置RBicLiteTM芯片（SOP－8封装）的插孔。

在左侧，同样还有一个SOP－8插孔可放置桥式传感器（SOP－8封装）。

远端板上其它预留的焊接孔是接线点，用来连接BridgeSupply、BridgeSink，Brdg＋、Brdg－（和电源VDD连接），Bsink、Bp、Bn（对应开发板上的Bp、Bn）。

远端板上有一个MPAK插孔，用来连接MPXM2010压力传感器。

此外，远端板还有一方形区域用于连接其它类型的桥式传感器。

远端板和开发板通过一4线制电话线相连，工具箱为用户提供了这样一条连接线。

4RBicLiteTM测试软件

概述

开发箱所提供的ZMD软件一次只能对一个RBicLiteTM芯片进行校准，用户若要开发多个RBicLiteTM芯片的校准软件，ZMD公司可提供校准算法和帮助。

COM1/COM2/COM3/COM4单选按钮和状态窗

COM1、COM2、COM3、COM4这四个单选按钮用于选择电脑的COM口（开发板和电脑的通信是通过USB口（即虚拟串口）实现的）。

如果你事先不知该选那个口，可采用试错法。

所选的串口若不正确，则会在状态窗（标题为“Status”的编辑框）中显示出错信息。

图4.1：

软件运行主窗口

“桥窗口”和“温度窗口”

软件有两个显示窗口用于显示桥信号和温度信号的数值：

“温度窗口”显示温度信号数值，单位℃；“桥窗口”显示桥信号的数值（比例值）。

只有当测量信号的理想值（被测量的实际值）与“桥窗口”的显示值相一致时，校准过程才算完成。

RBicLiteTM是一个阻抗类桥式传感器的调节器，这里假定其和一个桥式压力传感器组成传感器系统，其校准过程如下所述。

标定值为50kPa时，调节显示值到（“桥窗口”）100％；标定值为10kPa，调节显示值到0％，这样传感器系统的量程就为40kPa；校准完成后，当“控制箱”的压力设定为中间值30kPa（最小值加上量程的一半），软件输出结果应为50％。

只有当RBicLiteTM设置为数字输出时，“桥窗口”和“温度窗口”才可显示温度和桥信号的数值。

以下是数字输出的两种配置方法。

●输出桥信号和温度信号（数字量）

●只输出桥信号（数字量）

当RBicLiteTM设置为数字输出模式，并且输出口设置为可输出桥信号和温度信号时，“温度窗口”才可显示温度值。

DataLogging选择

设置“DataLogging”选项，可将输出值（包含温度）存储为电脑文件。

设置过程如下：

首先按下“Browse”按钮选择存储文件的路径，然后按下“Open”按钮。

“SampleRate”按钮用于选择采样频率，如果设为0s，则RBicLiteTM输出的每一个数据都将被存入目标文件中。

目标文件是一个以“空格”符为界的ASCⅡ码文件，可导入MicrosoftExcel中。

“ZACwireTM”波特率

ZACwireTM传输（从开发板到RBicLiteTM）波特率的默认值为22kHz。

分组框“ZACwireTMBaudRate”里有两个单选按钮，选择“LowSpeed”按钮将为ZACwireTM通信指定一个较低的波特率（7kHz）。

这里ZACwireTM的波特率是指在对RBicLiteTM进行编程操作时由软件发出的指令的传输速度。

详见ZMD31010RBicLiteTM应用手册中的开发板编程。

EEPROM选项

在“EEPROM”选项中，显示有RBicLiteTM的EEPROM的寄存器值。

按下“Read”按钮，显示值更新一次。

CommandIterface项

此选项用来向RBicLiteTM发送指令，包括激活RBicLiteTM的指令。

RBicLiteTM要进入指令模式，需在发送任何有效指令前及时按下“START_CM”（启动指令模式）按钮。

进入指令模式后，“桥窗口”和“温度窗口”的数值将不再更新。

Respond区

如果RBicLiteTM成功进入指令模式，芯片将发回一个代码为“0xA5”的回复，这个代码在“Respond”栏中显示。

Command/Subcommand/Data选项

发送指令到RBicLiteTM，需在“Command”项中选择此指令，并点击它。

如果发送的指令还有一个从指令，则紧接着在“Sub－Command”项中选择发送的从指令。

有些指令在发送的同时，需跟随一个或多个16进制的数据字，这时需按下“Data”按钮进行选择。

Send按钮

选择指令、从指令以及数据字后，按下“Send”按钮，指令发送完成。

StartNom按钮

按下“START_NOM”按钮，RBicLiteTM离开CM模式，返回NOM模式。

StartRM按钮

在RawMode（RM）模式下，如果桥式传感器信号的增益（Gain_b）设置为0x800，温度信号的增益（Gain_t）设置为0x80后，“桥窗口”和“温度窗口”显示未经修正的原始值。

RM模式只作为控制和分析传感器数据的一种手段，在传感器校准过程中没有必要显式调用。

工作在CM模式下的RBicLiteTM才可进入RM模式。

在芯片校准时，按下“Calibration”按钮，RBicLiteTM会自动进入RM模式以获取原始数据，然后根据原始数据计算修正参数。

GetAnalog按钮

开发板上有一个12位的ADC。

ADC的输入和RBicLiteTM的SigTM脚相连，当按下“GetAnalog”按钮，软件便向开发板发出数据请求。

ADC回应此请求，并将输出结果发回给软件。

软件将输出数据以绝对电压（当VDD为精确的5V电压时，此数值才准确）和比例电压（％VDD）两种形式显示。

只有RBicLiteTM的输出配置为模拟输出时，此功能才可使用。

“人造桥”输入控制

软件里DAC的控制按钮在“桥窗口”下方。

移动滑块可控制写入到DAC中的数值的大小。

DAC的输出送入差分放大器，此放大器有两个功能：

削减输出信号的强度和完成单端－差分变换。

变换放大器输出的差分信号送入RBicLiteTM的输入端，这样便模拟生成了桥式传感器的输入信号。

DAC的设定值是一16进制数，范围从0x000－0xFFF。

0x000在变换放大器的输出端产生约－50mV的信号强度；而0xFFF约产生50mV的信号强度。

板上元件会产生偏移误差，因此以上信号强度的数值是一近似值。

“人造桥”为RBicLiteTM的校准提供了一个非常简便的方法。

在“BridgeInput”编辑框内写入16进制数或移动控制滑块均可改变DAC的数值。

输出模式选择

在芯片校准前需选择输出模式。

可选择的输出模式在“Calibration/SetASICConfiguration”窗口下。

一旦输出模式确定，输出电压范围也随之确定下来，如下表所示：

输入

输出

和输出模式的选择有关

例值

％

DigitalWith/WihoutTemperature

％（Digital）

Ratiometric

Analog

V

0－1V

10％

10％（204）

0.5

0.1

50％

50％（1024）

2.5

0.5

90％

90％（1834）

4.5

0.9

预放大电路的增益和ADC偏置的调节

在校准过程中，RBicLiteTM会自动算出ADC偏置，并将其存入EEPROM。

RBicLiteTM有四个可供选择的偏置模块：

a）[-1/2，1/2]

b）[-1/4，3/4]

c）[-1/8，7/8]

d）[-1/16，15/16]

校准过程中，按下“AddNewPoint”按钮，软件分别利用这四个偏置模块对数据进行处理，效果最好的模块记录下来，并存入EEPROM。

如果用户对桥式传感器及其功能有很深入的理解，那么用户可选择禁止某些偏置模块以提高校准速度。

[-1/2，1/2]模块适用于平衡桥式传感器[-50mV，50mV]@VDD=5V；

[-1/16，15/16]适用于正向偏转的桥式传感器[-10mV，90mV]@VDD=5V。

ADC前端的预放大电路（用于补偿输入信号幅度）的增益是一数字值，存储在EEPROM中。

放大器对桥式传感器输出的差分信号进行放大，放大后的信号送入ADC中进行转换。

放大器有三个可选择的增益值：

a）A＝12

b）A＝24（默认值）

c）A＝48

任何桥式传感器，只要输出信号大于40mV/V（差分信号），并且预放大电路的增益为24（默认值）时，都会导致ADC输入的饱和，这种情况下应降低预放大电路的增益（设为12）。

而对于弱差分信号，需将放大器的增益设为48，这样有助于提高输出精度，详见数据手册6.4节所述。

选择放大器增益的同时也需考虑传感器测量范围以及ADC偏置大小，因为信号的范围和偏置也同时得到放大。

选择放大器增益为48时，信号偏置加上测量范围的最大值不能超过20mV/V（差分），否则ADC的输入会饱和。

Calibration按钮

初始化校准参数，需按下“Calibration”按钮。

校准窗口和消息框如下图所示。

图4.2：

校准窗口

校准过程

RBicLiteTM可用来调节不同类型的阻抗类桥式传感器的输出信号，这里姑且假定它和一压力桥式传感器相连。

在已知被测温度和压力的环境中，利用传感器对其进行测量，测量的结果以原始值形式输出，输出的原始数据在主设备（电脑）中进行处理，计算出修正参数，最后将修正参数写入EEPROM，校准过程完成。

工具箱软件一次只能对一个芯片进行校准，用户可根据ZMD公司提供的算法和帮助文件开发多功能校准软件。

校准过程有3个主要步骤：

1）为RBicLiteTM指定一个唯一的身份证明（ID）。

这个身份证明可写入EEPROM中，并作为在电脑上存储的数据库文件（译者注：

校准时数据的输出文件，含有温度、压力的理想值以及原始值等）的索引。

数据库文件包含有桥式传感器及温度传感器输出的原始值，还有压力和温度的理想值。

2）收集数据。

收集的数据是温度和压力的原始值，原始值是在几组不同的压力和温度下获取的。

这些数据最后以数据库文件的形式存放在电脑上，数据库的索引即为RBicLiteTM的ID。

3）计算修正参数，并将其结果写入EEPROM中。

当获取了足够的校准点后，电脑根据这些数值计算修正参数，并将结果写入EEPROM。

图4.3：

RBicLiteTM校准前的初始化

Step1－指定芯片唯一的身份证明

在校准窗口左下角的“ASICID”复选框内点击“Initialize”按钮，出现一对话框。

在此对话框中设置“OutputSelect”、“UpdateRate”、“JFETConfiguration”等参数，完成后点击OK按钮。

软件便为RBicLiteTM分派了一个ID，它可用作数据库文件的索引。

这个ID存储在EEPROM中。

在芯片校准时，如果你不确定传感器信号该用那个偏置模块，就将四个偏置模块全部选中；若你已确定使用某个偏置模块，则可禁止掉其它模块，这样可以大大缩短校准时间。

这里建议你使用第一种方法，这时选择那个偏置模块由软件确定。

预放大电路增益的默认值为24，这个设置对大多数桥式传感器都适用。

但当传感器的输出信号较强（>40mV/V（差分输入））时，必须选择较低的放大倍数（即：

12）；当信号较弱（<2mV/V）时，就要指定较高的放大倍数（即：

48），以提高输出精度。

“Initialize”旁边的“？

”按钮是一个帮助键，用来对ASIC的身份证明进行说明。

Step2－收集数据

校准模式选择和Bridge－Temperature坐标系

校准过程中校准点的个数取决于精度要求，最少2个点，最多5个点。

下面说明如何选择校准模式。

在校准窗口的右上方有一个选择校准模式的小窗口。

窗口内有一小坐标系（X轴表示温度，Y轴表示桥信号）。

坐标系内分散着几个数据点即为校准点。

坐标系下的列表框用于选择校准模式

“？

”按钮用于对校准模式进行说明。

将桥式传感器放入一可控环境中（“控制箱”），根据第一个校准点的设置调节“控制箱”的温度、压力值。

“CalibrationControls”选项

在编辑框内输入“控制箱”的温度和压力值（理想值（％））。

点击“AddNewPoint”按钮，校准点的原始值以“点”的形式显示在大坐标中，“点”的X坐标是温度的原始值，Y坐标是压力的原始值（％）。

按照下一个校准点调节“控制箱”的温度、压力，依此类推。

注意：

要取得较好的校准效果，选择的温度和测量量（％）的数值尽量接近传感器的工作范围

温度的原始值应在“控制箱”可控温度范围内，若发生异常，则将温度改变＋/-5℃。

Step3：

计算、写入修正参数

当所有校准点校准完毕，“CalculateandWriteCoefficients”按钮被激活。

按下此按钮，软件计算出修正系数，并写入EEPROM。

最后将数据写入数据库文件，并给数据库文件加上索引，校准完成。

5校准演练

下面这个例子是使用开发板上的DAC与单端－差分变换衰减器组成的“人造桥”电路来完成校准操作的。

校准演练步骤

1）将RBicLiteTM固定在开发板上的正确位置（测试版芯片使用CDIP插槽；否则使用SOP－8插槽）。

1.3以上版本的开发板都明确标明了“Pin1”位置。

2）使用USB连接线连接开发板与电脑USB口，检查“PWR”灯是否点亮。

3）打开“RBICliteTester”软件。

4）根据系统提示的虚拟串口的名称（参见第6页）选择COM口。

5）点击“START_CM”按钮。

如果以上步骤无误，窗口下端“Response”栏显示代码“A5”。

6）点击“Calibration”，弹出校准窗口（图4.2）。

7）在校准窗口的右上端，“CalibrationType”的下端点击列表框，在框内选择“2－PtGainB&Offset_B”校准模式。

列表框上方的小坐标系内便会出现两个校准点，这两个校准点处于同一温度下。

8）点击分组框“ASICID”内的“Initiali