Corona (MAXREFDES12#)：隔离、八通道、工业数字输入电平转换器/串行器
简介
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工业控制、工业自动化、电机控制及过程自动化应用领域常需要二进制/数字传感器及开关，系统往往需要很多光耦来隔离传感器通道。Corona (MAXREFDES12#)子系统参考设计提供可编程逻辑控制器(PLC)数字输入模块的前端接口电路，该序列化特性极大地减少了隔离光耦的数量。参考设计支持高压输入(最高达36V)，电源和数据隔离——全部集成在小尺寸封装中。Corona设计集成一个八通道数字输入电平转换器/串行器(MAX31911)、数据隔离器(MAX14850)和用于隔离电源设计的H桥变压器驱动器(MAX13256)。Corona数字输入电路方案主要用于PLC、工业自动化、过程自动化和电机控制应用领域的数字输入模块。
图1. Corona子系统设计方框图
特性 |
应用 |
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详情介绍
简介
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工业控制、工业自动化、电机控制及过程自动化应用领域常需要二进制/数字传感器及开关，系统往往需要很多光耦来隔离传感器通道。Corona (MAXREFDES12#)子系统参考设计提供可编程逻辑控制器(PLC)数字输入模块的前端接口电路，该序列化特性极大地减少了隔离光耦的数量。参考设计支持高压输入(最高达36V)，电源和数据隔离——全部集成在小尺寸封装中。Corona设计集成一个八通道数字输入电平转换器/串行器(MAX31911)、数据隔离器(MAX14850)和用于隔离电源设计的H桥变压器驱动器(MAX13256)。Corona数字输入电路方案主要用于PLC、工业自动化、过程自动化和电机控制应用领域的数字输入模块。
图1. Corona子系统设计方框图
特性 |
应用 |
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硬件详细说明
Pmod规范允许3.3V和5V模块有多种引脚分配。该模块采用3.3V或5V电源工作，采用如图所示的SPI引脚分配
表1显示了电源要求，表2则展示了目前支持的平台及端口。
表1. Corona子系统参考设计的电源要求
| Power Type | Jumper Shunt | Power Name | Input Voltage (V) | Input Current (mA, typ) |
|---|---|---|---|---|
| Isolated power | JU1: 1–2 | U3 VCAA | 3.3 | 19.4 |
| 5 | 27.2 | |||
| U1 VCC24V | 12 | 13.6 | ||
| 24 | 14.5 | |||
| Field power | JU1: 2-3 | U3 VCAA | 3.3 | 19.4 |
| 5 | 27.2 | |||
| U1 VCC24V | 12 | 8.2 | ||
| 24 | 8.2 |
表2. 支持的平台和端口
| Supported Platforms | Ports |
|---|---|
| Nexys™ 3 platform (Spartan®-6) | JA1 |
| ZedBoard™ platform (Zynq®-7020) | JA1 |
Corona子系统为隔离、八通道、数字输入电平转换器/串行器。设计包括八通道数字输入电平转换器/串行器(MAX31911)、H桥变压器驱动器(MAX13256)和6通道数字隔离器(MAX14850)。
MAX31911 (U1)是一款工业接口串行器，对24V传感器的和开关的数字输出进行电平转换、调理和串行化处理，产生微控制器能够接受的CMOS兼容信号，适用于工业、过程控制和楼宇自动化应用。器件提供PLC数字输入模块的前端接口电路，内部集成了限流、低通滤波和通道串行化处理电路。与传统的分立电阻分压方案相比，输入限流可有效减小现场电源总线的功耗。可选择的片上低通滤波器灵活地对传感器输出进行去抖和滤波。片上串行器极大地减少了用于隔离的光耦数量。为了提高抗高频噪声和快速电气瞬变干扰能力，器件可生成多位CRC校验码，每8位数据通过SPI口发送一次校验码。片上5V稳压器可以为外部光耦、数字隔离器或其它外部5V电路供电。
MAX13256 (U2)提供隔离、实用的隔离电源方案，支持7.6V至36V直流电源，利用商用TGMR-501V6LF Halo®变压器(原边与副边匝数比为1:1)和外部板载全桥整流器将其转换为隔离7V至36V直流电源。
MAX14850 (U3)实现数据隔离，Pmod侧的电压可为3.3V或5V(用于Nexys 3和ZedBoard平台的Pmod电源输出固定为3.3V)。MAX31911侧的电压为5V。得到的组合功率和数据隔离为600VRMS。
为实用板上隔离电路，将跳线JU1上的短路器移至1–2位置，并在端子TP3和TP4之间施加7.6V至36V直流电压；如果不需要板上隔离电路，将跳线JU1上的短路器移至2-3位置，并在端子TP1和TP2之间施加7V至36V直流电压。关于跳线设置和输入电流要求的信息，请参见表1。
Nexys 3平台固件的详细说明
Corona固件设计针对Nexys 3开发套件进行了开发和测试，设计对象是Xilinx® Spartan-6 FPGA内的MicroBlaze™软核微控制器。Nexys 3平台的FPGA项目文件位于全部设计文件部分下的固件文件中。
固件是如何初始化系统以及连续读和写MAX31911寄存器值的工作示例。简单的处理流程如图2所示。固件利用Xilinx SDK工具用C语言编写，基于Eclipse™开放源标准。利用标准Xilinx XSpi内核版本3.03a设计自定义Corona功能。SPI时钟频率设置为3.125MHz。
图2. Nexys 3平台的Corona固件流程图
提供完整的源代码，帮助客户加快开发。随固件平台文件提供相应的代码文件。
ZedBoard平台固件的详细说明
Corona固件设计针对ZedBoard开发套件进行了开发和测试，设计对象为Xilinx Zynq片上系统(SoC)中的ARM® Cortex® -A9处理器。ZedBoard平台的FPGA项目文件位于全部设计文件部分下的固件文件中。
固件是如何初始化系统以及连续读和写MAX31911寄存器值的工作示例。简单的处理流程如图3所示。固件利用Xilinx SDK工具用C语言编写，基于Eclipse开放源标准。利用标准Xilinx XSpi内核版本3.03a设计自定义Corona功能。SPI时钟频率设置为3.125MHz。
图3. ZedBoard平台的Corona固件流程图
提供完整的源代码，帮助客户加快开发。随固件平台文件提供相应的代码文件。
快速入门
设备需求：
- 具有一个USB端口的Windows PC
- Corona (MAXREFDES12#)电路板
- Corona支持的平台(即Nexys 3开发套件或ZedBoard套件)
- 24V 1A直流电源
下载、阅读并严格按照Corona快速入门指南中的步骤执行：
Corona (MAXREFDES12#) Nexys 3快速入门指南
Corona (MAXREFDES12#) ZedBoard快速入门指南
实验室操作
下图中以ZedBoard平台上系统工作的测试为例进行说明。将24V直流电源连接至TP3和TP4输入电源连接器。24V加至数字输入的通道2和通道8。其它全部数字输入接地。OLED显示的寄存器值为0x8218。LD7(对应于输入通道8)和LD1(对应于输入通道2) LED点亮。
图4. Corona子系统的实验室工作，ZedBoard平台
ARM is a registered trademark and registered service mark of ARM Limited.
Cortex is a registered trademark of ARM Limited.
Eclipse is a trademark of Eclipse Foundation, Inc.
Halo is a registered trademark of Halo Electronics, Inc.
MicroBlaze is a trademark of Xilinx, Inc.
Nexys is a trademark of Digilent Inc.
Pmod is a trademark of Digilent Inc.
Spartan is a registered trademark of Xilinx, Inc.
Windows is a registered trademark and registered service mark of Microsoft Corporation.
Xilinx is a registered trademark and registered service mark of Xilinx, Inc.
ZedBoard is a trademark of ZedBoard.org.
Zynq is a registered trademark of Xilinx, Inc.