数据采集【基于ＡＤｕＣ８４５的精密数据采集处理器】

　　摘要：基于ADuC845芯片设计了一种数据采集处理器，经现实应用检验，该采集处理器具有抗干扰能力强，集成度高，体积小，功耗小，噪音低，精度高，成本低，联机通信方便的特点，可以广泛的用于工业控制上的数据采集和精密仪表仪器的数据采集和前期处理。
　　关键词：ADuC845；数据采集；存储器
　　中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2007)18-31495-01
　　Based on the ADuC845 Precision Data Acquisition Processor
　　YANG Yan-feng,YAO Fu-bin,CHEN Li
　　(Information Engineering College of Chang"an University,Xi"an 710064,China)
　　Abstract:According to the CMOS chip named ADuC845 we designed a processor to collect and process data. Wo use it in machine intellegence, and find that the integration degree is high, the physical volume is small, the power is low,he noise is low, the accuracy is high and it is cheapness.so it suits to used for an industrial control ery much
　　Key words:ADuC845; data processing; memorizer
　　
　　1 引言
　　
　　工业控制现场往往环境复杂,电磁干扰多,温度\湿度变化大,所以,工业控制一直面临着因采集到的数据信号不准确,影响工控精度和稳定性的困饶.我们在设计工业配料机的过程中,经过对众多数据采集处理芯片的分析比较,选用了ADuC845作为数据采集的核心芯片,实验证明该芯片非常适合用于复杂电磁环境下工业控制上的小信号数据采集.
　　
　　2 ADuC845的基本原理和性能特点
　　
　　ADuC845是高性能24位数据采集与处理系统，它内部集成有两个高分辨率的Δ-∑ADC、10或8通道输入多路复用器、一个8位MCU和程序/数据闪速/电擦除存储器。同时可提供62k字节的闪速/电擦除程序存储器，4k字节闪速/电擦除数据存储器和2304字节的数据RAM。
　　ADuC845可通过一个片内锁存环PLL产生一个12.58MHz的高频时钟，以使之运行于32kHz外部晶振。该时钟可通过一个从MCU核心时钟工作频率分离的可编程时钟发送。片内微控制器是一个优化的单指令周期8052闪存MCU。该MCU在保持与8051指令系统兼容的同时，具有12.58MIPS的性能。该芯片的两个独立的ADC（主ADC和辅助ADC）由一个输入多路复用器，一个温度传感器和一个可直接测量低幅度信号的可编程增益放大器PGA组成。主、辅ADC都采用高频“斩波”技术来提供优良的直流（DC）失调和失调漂移指标，因而非常适合用于低温漂且对噪声抑制和抗电磁干扰能力要求较高的应用场合。
　　ADuC845具有串行下载和调度模式，可通过EA引脚提供引脚竞争模式，同时支持Quick Start开发系统和低成本的软件和硬件工具。
　　ADμC845内部主要由两个多通道且皆可达到24位分辨率的A/D转换器、双D/A转换器以及一个8位可编程微控制器组成.
　　
　　3 数据采集器硬件系统的总体设计与实现
　　
　　（1）硬件系统的模块划分和各模块功能
　　该外置式数据采集器硬件系统由信号采集处理模块、外部RAM模块、串行通信模块、输入摸块、输出模块组成，
　　输入模块主要为信号采集提供输入通道，同时还对采集到的信号进行简单的滤波。模拟输入通道的滤波主要是滤除高频干扰信号，在本设计中采用低通滤波器完成这一功能。开关量输入通道的滤波主要是防止强电磁干扰或工频电压通过开关量输入通道进入信号采集处理系统，本设计采用连接光耦合器的方法实现这一功能。
　　信号采集处理模块的主要功能是对采集到的信号进行A/D转换和简单处理。同时信号采集处理模块的微处理器肩负着管理输入输出等其它模块的任务，该模块主要由ADμC845芯片组成。外部RAM模块的主要功能是提供32K的外部数据存储空间，为该外置式数据采集器存储和处理大量的采集信号提供硬件支持。外部RAM模块主要由74LS373锁存芯片和62256外部RAM芯片组成。
　　输出模块的主要功能是为输出信号提供输出通道，该输出模块主要由光耦合器组成。
　　串行通信模块的功能主要是提供标准的RS232接口和RS485接口，为实现不同外置式数据采集器之间的通信，以及外置式数据采集器与计算机之间的通信提供方便。该模块主要由MAX232芯片和MAX485芯片组成。
　　（2）硬件系统电路的总体设计
　　该外置式数据采集器的电路设计采用三总线结构。分别是数据总线、地址总线和控制总线，但因控制总线只有RD和WR两根，所以电路图中直接画出。
　　信号采集处理模块中的ADμC845芯片允许P1口作为采集器的模拟信号输入口，ADμC845芯片功能强大，允许被采集信号直接输入，但为了抑制干扰信号，在本设计中被采集信号通过低通滤波器后再输入ADμC845。
　　信号采集处理模块中ADμC845芯片的P2口既可以作为采集器的数字信号I/O口,也可以作为外部32K RAM的高7位地址线接口。当作为采集器的数字信号I/O口时 ，P2口通过缓冲器（锁存器）与外部开关量输入（开关量输出）相连。当作为外部32KRAM的高7位地址线接口时， P2口直接与外部RAM的高7位地址线相连。 ADμC845的第14口外接一个射级跟随器作为DAC输出口。第14口外接一个射级跟随器的目的是增加电路的驱动能力。
　　为了方便集散控制和实现外置式数据采集器与计算机和其它设备间的信息交换,需要在外置式数据采集器设计标准的通信接口。本数据采集处理器预留了标准的RS232C和RS485A通信接口，方便了联机通信。
　　该外置式数据采集器的总体电路图如图1所示。
　　
　　4 软件系统的设计
　　
　　该数据采集器，具有对采集到的数据进行初步处理的能力，具体的数据处理程序因功能的不同而不同，这里只给出串行通信的软件系统设计。
　　在串行通信中，收发双方对发送或接收数据的速率要有约定。通过软件可对ADμC845串行口编程为4种工作方式，其中方式0和方式2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特率是可变的，由定时器T1的溢出率来决定。
　　图1外置式数据采集器的总体电路图
　　串行口的4种工作方式对应3种波特率。由于输入的移位时钟的来源不同，所以，各种方式的波特率计算公式也不相同。
　　方式0的波特率＝fosc/12
　　方式2的波特率＝（2SMOD/64）fosc
　　方式1的波特率＝（2SMOD/64）（T1溢出率）
　　方式3的波特率＝（2SMOD/64）（T1溢出率）
　　当T1作为波率发生器时，使T1工作在自动再装入的8位定时器方式（即方式2，且TCON的TR1＝1，以启动定时器）。这时溢出率取决于TH1中的计数值。
　　在ADμC845中，用的晶振频率为32.768KHz。所以，选用的波特率也相对固定。
　　在使用串行口之前，应对其进行初始化，主要是设置产生波特率的定时器1、串行控制和中断控制。具体步骤如下：
　　（1）确定T1的工作方式（编程TMOD寄存器）；
　　（2）计算T1的初值，装载TH1、TL1；
　　（3）启动T1（编程TCON中的TR1位）；
　　（4）确定串行口控制（编程SCON寄存器）；
　　（5）串行口在中断方式工作时，要进行中断设置（编程IE、IP寄存器）。
　　双方约定采用串行口方式1进行通信，一桢信息为10位，其中有1个起始位、8个数据位和一个停止位，波特律为2400波特。T1工作在定时器方式2，振荡频率选用11。0592HZ，可知TH1=TL1=0F4H，PCON寄存器的SMOD位为0。
　　
　　5 结论
　　
　　现实中，我们把该数据采集处理器应用于工厂的全自动配料控制器的现场数据采集和前期数据处理，事实证明，该采集器特别能适应工控现场的高电磁环境，采集的数据精度也完全能满足较精密工业控制的需要，而且性价比较高，是一种值得推广的数据采集器。
　　
　　参考文献：
　　[1]DuC845使用手册.
　　[2]王福瑞.单片微机测控系统大全[M].北京航空航天大学出版社,1997.
　　[3]均义.MCS-51系列单片机原理[M].西安交大出版社,1995.