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研究生:蔡志強
研究生(外文):Chih Chang Tsai
論文名稱:高準確度的快速電容性感測訊號處理系統設計
論文名稱(外文):Design of a Capacitive-Sensor Signal Processing System with High Accuracy and Short Conversion Time
指導教授:侯安桑
指導教授(外文):An Sang Hou
學位類別:碩士
校院名稱:南台科技大學
系所名稱:電子工程系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:62
中文關鍵詞:電容感測器即時測量電流轉換器單晶處理器
外文關鍵詞:Capacitive sensorreal-time measurement current conveyoradvanced RISC machine
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本文主要是針對設計一個電容感測信號處理系統,它能夠把電容值轉換變成數位讀出值並且也具備高準確性及短轉換時間。這系統主要是由電流轉換器、類比開關、電流源、類比/數位轉換器和 32-bit ARM所組成,這系統使用的 32-bit ARM型號是S3C4510B。此系統的數位讀出值範圍從0000到FFFF對應到電容值的0pF到2pF。並具有數位輸出及對電容感測變化的增益作自動校正的功能,且補償電壓和寄生電容的影響也能被消除。因此,數位讀出值與電容感測變化的關係可表現出高線性。轉換時間和最大非線性分別低於100 和24ppm。
引用術語 – 電容感測器,即時測量電流轉換器,單晶處理器。
This paper presents the design of a capacitive sensor signal processing system, which is capable of converting the capacitance change into digital signal output with high accuracy and short conversion time. The system consists the current conveyors, analog switches, current source, A/D converter and 32-bit advanced RISC machine (ARM). The digital readout ranges from 0000 to FFFF corresponding to the capacitance change ranging from 0 pF to 2 pF. Due to the functions of proposed system, the gain of digital readout versus sensor-capacitance change can be calibrated automatically. The effects of offset voltage and parasitic capacitance can be eliminated. Therefore, the relation of digital readout versus sensor-capacitance change exhibits high accuracy. The conversion time and maximum nonlinearity are less than 100 and 24 ppm, respectively.
Keywords—Capacitive sensor , real-time measurement current conveyor, advanced RISC machine.
摘要 iv
誌謝 vi
目次 vii
表目錄 ix
圖目錄 x
第一章 緒論 1
第二章 各種電容性感測方法的比較 3
2.1 Ferry N. Toth 於1992年提出的電容性位置感測器 3
2.2 Ferry N. Toth 於1996年提出之電容性感測器 4
2.3 Manel Gasulla 於2003年提出的電容性感測器 7
2.4 本文和文獻的比較 9
第三章 訊號轉換技巧的探討 10
3.1 單斜率A/D轉換器 10
3.2 雙斜率A/D轉換器 11
3.3 類比至數位轉換的功能評估 12
3.3.1 解析度 12
3.3.2 轉換時間 13
3.3.3 量化誤差 14
第四章 訊號處理系統功能描述 16
4.1 轉移特性增益的推演 17
4.1.1 相位A 19
4.1.2 相位B 21
4.1.3 相位C 23
4.2 偏移電壓及寄生電容效應的消除方法 23
第五章 驅動程式 27
5.1 類比數位信號轉換 29
5.2 驅動程式的編寫方法 30
5.2.1 註冊動作 31
5.2.2 file 結構 33
5.2.3 open函數 34
5.2.4 Interrupt函數 38
5.2.5 Read( ) 宣告語法如下 40
5.2.6 Release( ) 42
5.3 在應用程式開啟驅動程式的功能 43
第六章 測試步驟及實驗結果 46
6.1 應用程式與驅動程式的建立與下載 46
6.1.1 建立應用程式 46
6.1.2 建立驅動程式 47
6.1.3 修改mkrd 49
6.1.4 製作新的NewLinux.bin 49
6.1.5 將NewLinux.bin檔燒錄至ARM的快閃記憶體 51
6.2 實驗結果 53
6.2.1 輸入訊號為正弦波 54
6.2.2 輸入訊號為鋸齒波 55
6.3 實驗測試結果 56
結論及參考文獻 60
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[19]徐千洋,LINUX C函式庫參考手冊,臺北市:旗標,民90年.
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