模擬傳感器和傳感器可以很好地將現(xiàn)實(shí)世界的物理?xiàng)l件轉(zhuǎn)換為我們可以測(cè)量和使用的電子信號(hào)。此外，雖然有許多低成本的溫度，壓力，光級(jí)傳感器，加速度計(jì)和磁力傳感器是一致和可靠的，但不幸的是它們的響應(yīng)不是線性的。大多數(shù)測(cè)量系統(tǒng)中的主要誤差與傳感器的偏移，增益和非線性有關(guān)，因此，傳感器線性化過程是嵌入式測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵步驟。

更昂貴的傳感器系統(tǒng)包含校正偏移，最大化范圍和線性化傳感器響應(yīng)的電路。然而，當(dāng)成本和空間成為一個(gè)敏感問題時(shí)，工程師可以通過設(shè)計(jì)我們自己的糾正措施來獲得與價(jià)格較高的系統(tǒng)相同的好處。

本文探討了使用非易失性串行存儲(chǔ)器作為查找表，用于校正和線性化低成本傳感器的模擬信息。它著眼于無縫獲取有效傳感器信息的尋址方案，架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，協(xié)議，開銷和軟件架構(gòu)。

如何完成

使用傳感器（如力，溫度和磁場(chǎng)）的系統(tǒng)可以通過充分表征的查找表大大受益。這個(gè)過程很簡單。使用模擬前端級(jí)，傳感器被偏置為嵌入式控制器A/D級(jí)的可用范圍（圖1）。這可以包括濾波，電壓偏移和增益級(jí)，從而最大化A/D的可用動(dòng)態(tài)范圍。

圖1：模擬前端偏置和偏移傳感器，增益最大化A/D范圍。然后，讀入的A/D值充當(dāng)查找表的地址字節(jié)以訪問校正值。

然后將讀入的值作為地址應(yīng)用于查找表。如果存儲(chǔ)器芯片保存多個(gè)傳感器的查找表，則可以使用分頁方法來訪問每個(gè)傳感器的校正數(shù)據(jù)。

采用典型的模擬傳感器，如Interlink 30-61710力感應(yīng)電阻（FSR）。 FSR是一種堅(jiān)固的聚合物厚膜（PTF）器件，其隨著施加到傳感器表面的力的增加而表現(xiàn)出電阻的降低。電阻響應(yīng)是施加力的結(jié)果，不會(huì)在輸出電壓中線性跟蹤（圖2）。相反，有一個(gè)尖銳的斜率，然后是一個(gè)穩(wěn)定的漸近似的上升，這取決于施加在終端上的偏置。查找表可以提供更標(biāo)準(zhǔn)化的值。

圖2：簡單校正可以補(bǔ)償特征曲線的肘部，以提供更加標(biāo)準(zhǔn)化的范圍。

更奇特的校正將是霍尼韋爾SS49線性磁場(chǎng)傳感器中的傳感器曲線。其輻射測(cè)量模式可以在不同的電源電壓下呈現(xiàn)不同的斜率（圖3）。這里需要正偏移來檢測(cè)北極和南極。這是查找表可以轉(zhuǎn)換換能器值以指示極點(diǎn)和幅度的完美示例。

圖3：該線性磁傳感器在其檢測(cè)范圍的相對(duì)中心點(diǎn)處具有零點(diǎn)。這里，查找表可以歸一化并呈現(xiàn)極點(diǎn)和幅度值，以便直接用于信號(hào)處理算法。

傳感器數(shù)據(jù)必須以表格形式輸入或從測(cè)試夾具中提取。如果制造商的規(guī)格準(zhǔn)確，您可以依靠通用校正表來提高精度。如果您需要最高精度，那么制造過程中的表征階段將精確地表征每個(gè)傳感器并將其與本地串行存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)集配對(duì)。隨著時(shí)間流逝，算法甚至可以更新EEPROM的內(nèi)容以補(bǔ)償與年齡相關(guān)的漂移。

尺寸和速度

由于傳感器尺寸縮小并在偏遠(yuǎn)地區(qū)使用，因此電路板空間是一個(gè)關(guān)鍵問題?？梢栽趩蝹€(gè)存儲(chǔ)周期中返回值的并行訪問ROM比串行協(xié)議工程師可用于非易失性存儲(chǔ)器應(yīng)用的速度快得多。然而，雖然并行ROM是獲取數(shù)據(jù)的最快方法，但它需要太多的地址和數(shù)據(jù)線才能適應(yīng)許多小型設(shè)計(jì)。它也可能占用太多有價(jià)值的處理器ROM，或者在處理器上，它可能太難以更新。

這是串口可以發(fā)光的地方。單線，2線或3線協(xié)議，如Microwire，I2C和SPI，可以通過一個(gè)相當(dāng)小的8引腳封裝（一些可以小到3引腳的部分）通道進(jìn)入大尺寸存儲(chǔ)器陣列的核心部分）。有趣的是，在大多數(shù)微控制器中，這些協(xié)議通常在硬件中實(shí)現(xiàn)，因此軟件開銷很小。

也許最小的例子是3引腳Microchip 11AA020T-I/TT，它使用公司的UNI/O單線協(xié)議。雖然這部分可以在5 V電壓下運(yùn)行，但它也可以降至1.8 V，因此適用于由幣形電池供電的設(shè)計(jì)。

作為主/從驅(qū)動(dòng)協(xié)議，它與其他外圍元件共享高達(dá)100 Kbit/sec的通信線路（圖4）。通過使用自時(shí)鐘代碼，在這種情況下，曼徹斯特編碼，UNI/O時(shí)鐘在起始頭，設(shè)備地址，系列代碼和設(shè)備代碼中。它還使用確認(rèn)序列來確保設(shè)備正確接收和解碼數(shù)據(jù)以及從尋址設(shè)備輸入數(shù)據(jù)。

圖4：單線UNI/O總線鏈連接到各種信號(hào)調(diào)理級(jí)，并使3引腳SOT-23封裝的完整串行查找表成為可能。

雖然UNI/O是Microchip的專有協(xié)議，但設(shè)計(jì)人員可以為非Microchip控制器實(shí)現(xiàn)比特帶狀接口，以利用UNI/O器件。否則，I2C可能是一個(gè)選項(xiàng)。

I2C和SPI替代品

像I2C這樣廣泛采用的標(biāo)準(zhǔn)意味著您的部件更有可能在一起很好地發(fā)揮作用。公司努力確保符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此很難獲得精心設(shè)計(jì)的解決方案。微內(nèi)核中對(duì)I2C的硬件支持意味著對(duì)代碼開發(fā)和測(cè)試的要求較低。

真的，I2C是一種2線協(xié)議，不是單線，但串行EEPROM的占用空間非常小。以Freemont Micro Devices FT24C02A-5PR-T TSOT23-5 5針部分為例。與Microchip部分類似，這個(gè)2Kx8只需要為8位A/D轉(zhuǎn)換器提供完整的256字節(jié)查找。更快的1 MHz速度是一個(gè)特別好的功能，因?yàn)榇蠖鄶?shù)I2C部件最高可達(dá)400 KHz。

對(duì)于多個(gè)傳感器，像8K（1Kx8）ROHM BU9889GUL-WE2這樣更深的部分可以存儲(chǔ)4個(gè)8位傳感器的查找數(shù)據(jù)或單個(gè)10位A/D轉(zhuǎn)換器的查找數(shù)據(jù)。最多可提供64K（8Kx8）I2C器件，例如STMicroelectronics M24C64-FCS6TP/K.該EEPROM可通過單個(gè)5引腳WLCSP封裝處理單個(gè)16位傳感器，兩個(gè)12位傳感器，四個(gè)10位傳感器或八個(gè)8位傳感器。到目前為止，我們已經(jīng)討論過使用EEPROM作為非易失性介質(zhì)。 EEPROM的優(yōu)點(diǎn)在于它是字節(jié)可尋址的，因此在一個(gè)周期內(nèi)就可以獲得結(jié)果。然而，與Flash相比，EEPROM的密度更受限制。對(duì)于更高的密度，F(xiàn)lash技術(shù)與SPI協(xié)議相結(jié)合是可行的方法。

一個(gè)很好的例子是Winbond W25Q80BVSNIG SPI串行閃存。雖然較大的8引腳封裝并不像目前為止所討論的5引腳或6引腳器件那么小，但是高密度（由4頁256字節(jié)組成的4K頁面組成的8 Mbit/1 Mbyte）和104 MHz比特率讓這部分保持不變不只是多個(gè)查找表。影子代碼，將被緩存的運(yùn)行時(shí)代碼，圖形頁面等可以與查找數(shù)據(jù)共存。

由于頁面訪問功能，微內(nèi)部的SRAM塊可能必須用于緩存您正在尋找的數(shù)據(jù)頁面。這可能使得該過程比直接查找更加密集，就像我們對(duì)字節(jié)可尋址的I2C部分一樣。盡管如此，可用的密度和速度使這些部件值得關(guān)注。例如，您可以使用此方法來利用密度高達(dá)1 Gbit的器件，如108 MHz 24引腳BGA Micron N25Q00AA13G1240E SPI串行閃存。