在工業(yè)數(shù)字控制儀表領(lǐng)域，一般涉及三個(gè)基本功能模塊：對(duì)來自傳感器的模擬信號(hào)進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換的功能模塊，對(duì)a/d轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)以事先標(biāo)定的量程進(jìn)行顯示驅(qū)動(dòng)，根據(jù)已獲得的測量數(shù)字信號(hào)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。對(duì)于許多家用電器來說，上述過程是相同的。

    目前，在上述領(lǐng)域大多數(shù)的設(shè)計(jì)方案是由單片機(jī)+a/d轉(zhuǎn)換+外圍支持電路來構(gòu)成的。盡管現(xiàn)在單片機(jī)價(jià)格并不高，但為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，仍需加上各種外圍支持電路，這樣就提高了成本，而且還離不開編程。本文中介紹了一種單片智能控制芯片gc7645，該芯片是北京雙競科技公司針對(duì)低成本的工業(yè)控制儀表及家用電器的控制應(yīng)用設(shè)計(jì)推出的新型集成電路。

    圖1：gc7645的功能框圖

    gc7645的功能特點(diǎn)

    1. 兩種輸入設(shè)定界面

    gc7645具有兩種輸入設(shè)定界面-維護(hù)界面和用戶界面。對(duì)于普通消費(fèi)者或生產(chǎn)線工人來說，易于理解、操作簡單是十分普遍的要求。另一方面，運(yùn)作安全、功能齊全的控制機(jī)制也是生產(chǎn)廠商追求的目標(biāo)。gc7645芯片在維護(hù)設(shè)定模式下，生產(chǎn)廠或工程師可按預(yù)先設(shè)計(jì)的控制模式設(shè)定好工作及控制條件，并設(shè)定用戶自行調(diào)整的允許范圍，然后可將后臺(tái)設(shè)定鍵加以屏蔽，就可將產(chǎn)品出廠或?qū)⑸a(chǎn)線工作條件設(shè)定好。在此條件下，用戶可在控制儀表上進(jìn)行自己的個(gè)性化設(shè)定。但無論如何設(shè)定，這只是前臺(tái)設(shè)定，并不能改變控制儀表的基本控制程序，因此只要產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者完全清楚自己的應(yīng)用目標(biāo)，不需要編程就可直接制定控制流程，兼顧兩方面的需求。

    2. 功能全集成的芯片架構(gòu)

    gc7645完全是按預(yù)定的應(yīng)用目標(biāo)設(shè)計(jì)的，已將a/d轉(zhuǎn)換、運(yùn)算邏輯單元、電荷泵、動(dòng)態(tài)led字符顯示、3線存儲(chǔ)接口、繼電器、蜂鳴報(bào)警控制接口等功能模塊完全集成在單芯片內(nèi)，提供了簡單直接的解決方案(見圖1)。

    3. 安全保護(hù)功能

    為了使用戶設(shè)定值在掉電后仍能保存，gc7645帶有與gc93c46(串口e2prom)進(jìn)行數(shù)據(jù)存取的3線串行接口。另外，為保證安全操作，控制輸出端還具有加電延遲輸出的功能，以防止加電瞬間出現(xiàn)的誤操作。

    圖2：gc7645輸出典型時(shí)序圖

    4. 靈活全面的功能選件

    在gc7645的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者已充分考慮了在各種應(yīng)用場合下可能遇到的問題。因此諸如小數(shù)點(diǎn)顯示、不同驅(qū)動(dòng)負(fù)載的選擇、供電電源的選擇，以及在不同的場合下測量值和設(shè)置值的顯示等都保留了用戶選擇的余地。

    工作原理

    gc7645內(nèi)部使用的是雙積分a/d轉(zhuǎn)換器，最大分辨率為3999字。它的工作原理是先把輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)變成與之成正比的時(shí)間間隔，然后在這個(gè)時(shí)間內(nèi)，對(duì)固定周期的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，則計(jì)數(shù)結(jié)果就是正比于輸入模擬電壓的數(shù)字量的輸出。

    使用雙積分a/d轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)是它取輸入電壓的平均值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，所以具有很強(qiáng)的抗常態(tài)干擾能力。它不需要dac，結(jié)構(gòu)簡單。同時(shí)，由于在轉(zhuǎn)換過程中，通過兩次積分-正積分和反積分使用的是同一積分器，可以抵消誤差，所以轉(zhuǎn)換結(jié)果受外界元器件的影響很小。

    同時(shí)，gc7645的3線串行接口的設(shè)置，使得接入e2prom很方便，可安全可靠地存儲(chǔ)用戶設(shè)置數(shù)據(jù)。內(nèi)部電荷泵產(chǎn)生倍壓來提供模擬信號(hào)的工作電壓區(qū)間。

    圖2曲線給出了傳感器輸入信號(hào)與gc7645控制、報(bào)警之間的關(guān)系。在報(bào)警模式(mode-1)和控制模式(mode-2)的兩種工作模式中，工作狀態(tài)的設(shè)定值曲線也分別體現(xiàn)在圖2中。

    圖中的縱向坐標(biāo)為代表工作狀態(tài)的7個(gè)設(shè)定值，分別是：ah(絕對(duì)上限設(shè)定值)、al(絕對(duì)下限設(shè)定值)、dh1(上限回差設(shè)定值1)、dh2(上限回差設(shè)定值2)、dl1(下限回差設(shè)定值1)、dl2(下限回差設(shè)定值2)、quser(用戶設(shè)定值)。其中，ah、al、dh1、dh2、dl1、dl2為廠家設(shè)定值，quser為用戶設(shè)定值。

    圖3：gc7645典型應(yīng)用電路圖(vdd=3.3v)

    在本文中的每個(gè)工作狀態(tài)都用上述對(duì)應(yīng)的標(biāo)示符來表示。

    應(yīng)用系統(tǒng)原理

    gc7645功能齊全、外圍簡潔，配合極