基于混沌電路設(shè)計(jì)陣列觸覺(jué)傳感器的采集系統(tǒng) [日期：2004-12-7] 來(lái)源：?jiǎn)纹瑱C(jī)及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 作者：湖南建材高等�？茖W(xué)院 鄧重一 [字體：開(kāi)關(guān)電容（SC）技術(shù)設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器具有非線性放大、便于實(shí)現(xiàn)集成、成本低及工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果谫，用該A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的模擬式陣列觸覺(jué)傳感器信號(hào)采集系統(tǒng)是可行的。

關(guān)鍵詞：陣列傳感器 混沌電路 開(kāi)關(guān)電容 A/D轉(zhuǎn)換 信號(hào)采集

引言

隨著機(jī)器人技術(shù)和復(fù)雜檢測(cè)系統(tǒng)的出現(xiàn)，人們對(duì)觸覺(jué)傳感器提出了更高的要求。隨著觸覺(jué)陣列規(guī)模的擴(kuò)大，希望A/D轉(zhuǎn)換速度加快，而原先在小規(guī)模陣列觸覺(jué)傳感器系統(tǒng)中采用的共用A/D轉(zhuǎn)換器的方法，已不能滿足大規(guī)模陣列觸覺(jué)傳感器信號(hào)采集實(shí)時(shí)性的要求。因此，要想實(shí)現(xiàn)高速、高分辨率并且對(duì)小信號(hào)敏感的大規(guī)模陣列觸覺(jué)傳感器信號(hào)采集系統(tǒng)，關(guān)鍵部件就是A/D轉(zhuǎn)換器。

本文利用混沌帳篷映射方法和開(kāi)關(guān)電容（SC）技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種新型A/D轉(zhuǎn)換器。該A/D轉(zhuǎn)換器的電路具有調(diào)理放大、誤差補(bǔ)償和A/D轉(zhuǎn)換功能一體化的優(yōu)點(diǎn)，并且電路簡(jiǎn)單、便于集成、功耗��；能以很高的性能價(jià)格比實(shí)現(xiàn)多路觸覺(jué)傳感器輸出信號(hào)的并行采樣和A/D轉(zhuǎn)換。

1 陣列觸覺(jué)傳感器信號(hào)采集系統(tǒng)的組成

模擬式陣列觸覺(jué)傳感器信號(hào)采集系統(tǒng)的原理電路見(jiàn)圖1。該系統(tǒng)由m×n陣列傳感器、列讀取電路、行掃描電路、n個(gè)ADC電路、時(shí)序控制電路和計(jì)算機(jī)等組成。在時(shí)序控制電路的控制下，行掃描電路對(duì)m行陣列觸覺(jué)傳感器發(fā)送周期性激勵(lì)信號(hào)；而列讀取電路則周期性地并行讀入n列輸出信號(hào)。讀n個(gè)信號(hào)經(jīng)n個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成格雷碼序列直接送到計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)完成格雷碼向二進(jìn)制碼的轉(zhuǎn)換，接著在時(shí)序邏輯的控制下，讀取下一行的n列信號(hào)并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。計(jì)算機(jī)在獲得1幀m×n觸覺(jué)傳感器信號(hào)后，就可以進(jìn)行信號(hào)處理了。圖1中除A/D轉(zhuǎn)換器需要特殊設(shè)計(jì)外，其余各電路都有現(xiàn)有的產(chǎn)品，沒(méi)有特殊要求。

2 混沌開(kāi)關(guān)電容A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)

2.1 混沌開(kāi)關(guān)電容A/D轉(zhuǎn)換的原理

利用開(kāi)關(guān)電容技術(shù)進(jìn)行誤差補(bǔ)償?shù)幕驹硎请姾傻脑俜峙�。電容失配誤差利用開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換儲(chǔ)存起來(lái)，結(jié)果由電容上電荷的再分配而得到補(bǔ)償�；煦鐜づ裼成涫且环N離散非線性系統(tǒng)，其映射關(guān)系為：

這一映射可以看到由兩步組成：先將區(qū)間[0,1]伸長(zhǎng)2倍，然后再壓縮成原區(qū)間[0,1]。如此反復(fù)迭代操作，最終導(dǎo)致相鄰點(diǎn)的指數(shù)分離，從而進(jìn)入混沌狀態(tài)。這種映射對(duì)初始值（系統(tǒng)的輸入信號(hào)）的放大與通常的線性放大方法不同：線性放大倍數(shù)為一常數(shù)，而且受工作范圍限制；而處于混沌狀態(tài)的帳篷映射系統(tǒng)，是在有界的區(qū)間內(nèi)，迭代1次將信號(hào)放大2倍，反復(fù)有限次迭代后，可以將微弱信號(hào)放大到可觀測(cè)的水平，而不會(huì)出現(xiàn)溢出再現(xiàn)象。顯然，這是一種非線性放大。帳篷映射系統(tǒng)的輸入值Vin對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)的初始狀態(tài)x0。x0可以二進(jìn)制小數(shù)表示：

為了得到離散帳篷映射的迭代輸出與x0的關(guān)系，引入另一種非線性映射——離散貝努利移位是映射：

這一映射的作用是每迭代一次，就將二進(jìn)制位t1、t2、t3、……向左依次移出一個(gè)二進(jìn)制位，即

對(duì)于貝努利移位映射，令bn=sgn(x'n-0.5)，作為貝努利移位映射的第n次迭代輸出，由于bn=tn,且bi(i=0,1,2,…)是一個(gè)二進(jìn)制序列；對(duì)于帳篷映射，令gn=sgn(xn-0.5)，則gi是與bi對(duì)應(yīng)的格雷碼序列，即

根據(jù)上述和初始時(shí)刻x0=x'0=Vi，可得：

因此，通過(guò)將帳篷映射迭代輸出的格雷碼序列g(shù)i(i=0,1,2,…)，轉(zhuǎn)換成貝努利移位映射的二進(jìn)制序列bi(i=0,1,2，