ZMD31010开发工具箱.docx

1、ZMD31010开发工具箱ZMD31010RBic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 12 USB驱动安装 13 开发板 54 RBicLiteTM测试软件 105 校准演练 186 EEPROM的“位”含义 197 常见问题及解答 218 相关文档 229 附：Win2000下驱动程序的安装过程 22ZMD31010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 RJ11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

2、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。2 USB驱动安装系统要求： 5x86兼容PC 32MB RAM 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，

3、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，not this time”选项， Step2：选择“Install from a list or specific按下“Ne

4、xt” location（Advanced）”，按下“Next” Step3：选择“Search removable media Step4：当弹出警告对话框时，选择（floppy，CDROM）”，按下“Next” “Continue Anyway”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

5、图所示。如果虚拟口（USB口）工作正常，则在“Ports COM&LPT”栏中显示“USB Serial Port (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

6、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SOP8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RJ11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

7、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

8、.75.5V范围内。电压VDD可通过板上的两个测试点（Red=VDD，BlackGND）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RBicLit

9、eTM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“Get Analog”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VDD5V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

10、，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0x0000xFFF，对应的DAC输出范围约为10mV/V10mV/V。若VDD为5V，则“人造桥”的输出范围为50mV50mV。“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（BnWhite时对应桥信号的负极，Bporange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

11、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J1 Bn/J2 Bp（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。J3 Imeas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200A）。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。J4 ExtClk一般情况下都要用到跳线J4（Ext

12、Clk），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。J5 Ext S.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一20Hz 5Vpp的信号，经过衰减电路变换后，输

13、入到RBicLiteTM输入端（Bn/Bp）的信号为20Hz 100mVpp。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（SOP8封装）的插孔。在左侧，同样还有一个SOP8插孔可放置桥式传感器（SOP8封装）。远端板上其它预留的焊接孔是接线点，用来

14、连接Bridge Supply、Bridge Sink， 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。4 RBicLiteTM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、

15、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

16、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。Data Logging选择设置“Data Log

17、ging”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。“Sample Rate”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ASC码文件，可导入Microsoft Excel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“ZACwireTM Baud Rate”里有两个单选按钮，选择“Low Speed”按钮将为ZACwireTM通信指定一个较低的波

18、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。Command Iterface 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。Res

19、pond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“SubCommand”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。Start Nom按钮按下“START_NOM”按钮， RBicLiteTM离开CM

20、模式，返回NOM模式。Start RM按钮在Raw Mode（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。Get Analog按钮开发板上有一个12位的ADC。ADC的输入和RBicLiteTM的SigTM

21、脚相连，当按下“Get Analog”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0

22、x0000xFFF。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“Bridge Input”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/SetASIC Configuration”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Digital With/Wihout T

23、emperature （Digital）RatiometricAnalog V01V1010（204）0.50.15050（1024）2.50.59090（1834）4.50.9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）-1/2，1/2b）-1/4，3/4c）-1/8，7/8d）-1/16，15/16校准过程中，按下“Add New Point”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

24、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，50mVVDD=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） A12b） A24（默认值）c） A48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

25、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

26、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

27、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“ASIC ID”复选框内点击“Initialize”按钮，出现一对话框。在此对话框中设置“Output Select”、“Update Rate”、“JFET Configuration”等参数，完成后点击OK按钮。软件便为RBicLiteTM分派了一个

28、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。St

29、ep2收集数据校准模式选择和BridgeTemperature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。“Calibration Controls”选项在编辑框内输入“控制箱”的温度和压力值（理想值（）。点击“Add New Point”按钮，校准点的

30、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， “Calculate and Write Coefficients”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

31、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SOP8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“RBIClite Tester”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，“Calibration Type”的下端点击列表框，在框内选择“2Pt GainB&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“ASIC ID”内的“Initiali