系统板 5611

Corona (MAXREFDES12#):隔离、八通道、工业数字输入电平转换器/串行器



简介


更多图片
 (PDF, 5.9MB)

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。

Figure 1. The Corona subsystem design block diagram.

图1. Corona子系统设计方框图

特性

应用

  • 八路高压输入通道(最高36V)
  • 片上8-1串行器,SPI接口 
  • 内部5V稳压器
  • 隔离电源和数据
  • 小尺寸印制板(PCB)面积
  • 器件驱动器
  • C语言源代码示例
  • Pmod™兼容规格
    • 楼宇自动化
    • PLC数字输入模块
    • 工业自动化
    • 电机控制
    • 过程自动化

     

    简介


    更多图片
     (PDF, 5.9MB)

    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。

    Figure 1. The Corona subsystem design block diagram.

    图1. Corona子系统设计方框图

    特性

    应用

  • 八路高压输入通道(最高36V)
  • 片上8-1串行器,SPI接口 
  • 内部5V稳压器
  • 隔离电源和数据
  • 小尺寸印制板(PCB)面积
  • 器件驱动器
  • C语言源代码示例
  • Pmod™兼容规格
    • 楼宇自动化
    • PLC数字输入模块
    • 工业自动化
    • 电机控制
    • 过程自动化

    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。 

    Figure 2. The Corona firmware flowchart for Nexys 3 platform.

    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。 

    Figure 3. The Corona firmware flowchart for ZedBoard platform.

    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.

    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

    资源、工具

    MAX31913
    八通道、工业数字输入电平转换器/串行器

    • 八个高压输入通道(最高36V)
    • 可配置成IEC 61131-2输入类型1、2、3
    • 7V至36V较宽的工作电压范围

    MAX31911
    8通道、工业数字输入信号电平转换器/串行器

    • 8个高压输入通道(最高36V)
    • 可配置成IEC 61131-2输入类型1、2、3
    • 较宽的工作电压范围:7V至36V

    MAX14850
    六通道数字隔离器

    • 高压保护
    • 完整的数字隔离方案
    • 兼容多种接口标准

    MAX13256
    36V H桥变压器驱动器,用于隔离电源设计

    • 简单灵活的设计
    • 集成系统保护
    • 节省电路板空间