NXP2214實現多路韋根信號采集硬件設計

韋根傳感器是一種當交變磁場經過時產生輸出電壓脈沖的傳感器。脈沖的幅度是由激勵磁場的場強決定的。因此，韋根傳感器不需要外界電源供電。韋根傳感器的工作頻率從0速率到20KHZ，脈沖的極性由激勵磁場的極性所決定。由于韋根傳感器非常容易和數字系統相匹配，并且系統沒有可動的部件或半導體器件，這使得它們能適用于惡劣的環境和長期無人監控的場所。

　　1 韋根信號簡介

　　韋根信號是兩根數據線傳輸二進制數據，在空閑時端，兩線的對0V的電源都為TTL電平的水平，也就是5V，一般通過5K電阻上拉，當有數據傳輸時，兩根線交替地發送400uS低脈沖，當Data0線發脈沖時，數據是0;當Data1發脈沖時，發送的數據是1，不能兩根線同時發脈沖。脈沖的間隔時間是1mS。在設計讀卡器時，為防止使用者連接錯線，造成數據口損壞，在電路設計上一定要給數據輸出上加驅動級并加電阻限流。

　　2 接口硬件構成

　　接收韋根信號的上層控制設備通常是一個單片機控制系統，承擔了I/O口驅動、以太網通信、數據處理、液晶顯示等任務。韋根信號脈沖寬度僅為40～100μs，如果采用掃描I/O口的方式，只有滿足掃描周期40 μs的條件(即采樣頻率高于25 kHz)，才能夠捕獲一個信息幀內所有的下降脈沖信號，否則將因出現“脈沖遺漏”造成讀數錯誤。如此高的掃描速度將極大地消耗CPU資源，阻塞單片機系統其他任務的正常執行，每個韋根接頭都連接到CPU的一個中斷信號引腳上，以中斷觸發的方式處理。由于CPU外部中斷數量的限制，CPU包括運算邏輯部件、寄存器部件和控制部件。CPU從存儲器或高速緩沖存儲器中取出指令，放入指令寄存器，并對指令譯碼。它把指令分解成一系列的微操作，然后發出各種控制命令，執行微操作系列，從而完成一條指令的執行。指令是計算機規定執行操作的類型和操作數的基本命令。指令是由一個字節或者多個字節組成，其中包括操作碼字段、一個或多個有關操作數地址的字段以及一些表征機器狀態的狀態字和特征碼。有的指令中也直接包含操作數本身。

　　為了能夠接收多路信號，可以由另一個獨立的單片機構成一個從機系統，以循環掃描數據總線的方式工作，專門負責多路信號的采集與處理，并將處理后的ID信息通過串行或并行方式發給主控單片機。但是這種方式增加了系統的復雜度，從而給可靠性帶來隱患，同時也增加了成本。

　　本設計中主控制器是NXP2214，采用中斷觸發綜合掃描I/O的新方法，只用一個CPU的中斷信號，實現多路韋根接口信號的采集。韋根接口硬件電路如圖2所示。韋根接口是5 V的電平，而ARM內核的CPU是3.3 V的電平，因此韋根信號首先通過芯片SN74LVC4245轉換成3.3 V電平。然后，輸入到NXP2214的P0.8～P0.15引腳上，這些引腳通過I/O方式掃描信號。

　　當有任何一路韋根接口產生低電平時，經過SN74-HC30D都會產生中斷;微控制器立刻響應中斷，掃描輸入信號獲取完整的信號幀后退出中斷。這樣，只需要一個中斷信號，只在有信號時掃描I/O，不但不會阻塞系統其他任務的正常執行，而且可以擴展出更多的韋根接口。