Idées de conception pour les E/S analogiques configurables par logiciel

Il fut un temps où les E/S analogiques faisaient partie du matériel à fonction fixe le plus spécialisé qui soit. Par exemple, un préamplificateur de puissance et un capteur de tension étaient des composants totalement différents, et il aurait été absurde d'essayer d'inverser leurs rôles.

Les E/S analogiques configurables par logiciel ont transformé cette absurdité en réalité. Aujourd'hui, un seul circuit intégré analogique peut remplir plusieurs rôles. Par exemple, le dispositif E/S industriel MAX22000 d'Analog Devices offre six entrées analogiques et une sortie analogique, toutes configurables en mode tension ou courant.

La flexibilité de ces circuits intégrés en fait une solution idéale pour les systèmes multifonctions, étant donné que le matériel peut être reconfiguré à la volée pour prendre en charge différents types d'entrées et de sorties. Mieux encore, les E/S configurables peuvent souvent être ajustées par logiciel, pour une exactitude et une précision accrues.

Étude de cas : calibrateur multifonction portable

Pour illustrer ces avantages, prenons les exigences des systèmes d'étalonnage. De nombreux modules E/S analogiques industriels nécessitent un étalonnage périodique pour garantir leur bon fonctionnement. Cet étalonnage fait typiquement appel à un ensemble d'instruments qui peuvent être encombrants à transporter et à utiliser. En remplaçant ces instruments par un dispositif multifonction, les techniciens peuvent être plus productifs tout en améliorant la précision de leur travail.

Par exemple, la conception du calibrateur illustré à la Figure 1 peut être utilisée pour créer un système multifonction portable capable de remplacer plusieurs instruments. De plus, cette conception alimentée par batterie peut atteindre des performances comparables à celles des calibrateurs de bureau encombrants.

Figure 1 : Un calibrateur multifonction portable peut être construit autour du dispositif E/S MAX22000. (Source de l'image : Analog Devices)

Le cœur de la conception est le dispositif MAX22000. Outre la prise en charge de la détection de tension et de courant, ses entrées peuvent être configurées en mode thermocouple ou en mode capteur de température à résistance (RTD). Cette puce est donc idéale pour étalonner les transmetteurs de température ou les conditionneurs de signaux, car elle peut comparer leurs sorties de tension ou de courant aux relevés de température d'un thermocouple ou d'un RTD.

L'intégration de la compensation de température est une fonctionnalité remarquable de cette conception. Plus précisément, elle inclut deux instances du MAX31875, un capteur de température miniature de 0,84 mm × 0,84 mm × 0,35 mm. Comme illustré à la Figure 1, l'un de ces circuits intégrés peut être placé de manière adjacente au MAX22000, et l'autre près des bornes de la source, ce qui permet une compensation de température du gradient de tension entre les bornes.

Conception d'un système embarqué autour d'E/S analogiques configurables par logiciel

Si vous envisagez de baser un système comme celui-ci sur le MAX22000, il convient de noter plusieurs considérations de conception. Je recommande de faire d'abord des tests avec le kit d'évaluation MAX22000EVKIT# (Figure 2) pour réduire la courbe d'apprentissage de la configuration du circuit intégré.

Figure 2 : Le kit d'évaluation MAX22000EVKIT# inclut un logiciel permettant de configurer le dispositif E/S MAX22000. (Source de l'image : Analog Devices)

Vous aurez besoin d'un moyen plus robuste de configurer le dispositif pour obtenir une conception prête pour la production. La conception du calibrateur portable montre une façon de procéder. Le MAX22000 se connecte au MAX32625, un microcontrôleur Arm Cortex-M4F, via une interface périphérique série (SPI). Le microcontrôleur se connecte à un pont USB FT234XD-R intégré de FTDI via son port UART (émetteur-récepteur universel asynchrone).

De nombreuses conceptions nécessitent également un écran et des commandes utilisateur. Dans le cas d'un calibrateur portable, un petit écran tactile basse résolution comme le Nextion NX4827T043 - GE de Seeed Technology Co., Ltd. remplit efficacement ces deux fonctions. Cet écran résistif de 4,3 pouces (109,22 mm) offre une résolution de 480 x 272, ce qui est plus que suffisant pour une interface utilisateur de base.

Si vous êtes novice en matière de systèmes embarqués, je vous recommande de démarrer avec une carte d'évaluation comme la carte MAX32625MBED. Basée sur le microcontrôleur MAX32625, elle fournit un système complet pour le développement et le débogage d'applications. Elle offre également un moyen pratique de connecter des périphériques E/S comme des ports USB et des écrans via des connecteurs compatibles Arduino.

Gestion de l'alimentation pour les systèmes alimentés par batterie

Vous devrez intégrer la conversion de tension et la surveillance de batterie pour les systèmes alimentés par batterie comme le calibrateur portable. Dans cet exemple de conception, la conversion de tension est assurée par le MAX17498, un convertisseur indirect qui augmente l'entrée USB de 5 V aux 7,2 V requis par le bloc-batterie. Pendant ce temps, un indicateur de niveau de batterie MAX17320X20-T gère les états de la batterie, notamment la tension, le courant et la température.

Comme pour les autres composants présentés dans ce blog, ces circuits intégrés disposent de kits d'évaluation. Plus précisément, vous pouvez essayer le convertisseur indirect avec le MAX17498BEVKIT et tester l'indicateur de niveau de batterie avec le MAX17320X2EVKIT. Vous pouvez également utiliser le MAX31875EVKIT pour tester le capteur de température miniature MAX31875.

Conclusion

Dans le paysage en évolution rapide de l'électronique industrielle, le développement de dispositifs E/S analogiques configurables par logiciel permet une polyvalence et un rendement sans précédent dans la conception et l'exploitation des systèmes. Le MAX22000 d'Analog Devices est un bon exemple, car il offre une approche polyvalente du traitement des signaux analogiques, avec possibilité de reconfiguration à la demande pour s'adapter à diverses applications.