基于ADμC842組成分布式數據采集系統

摘 要： 為了提高前端數據采集系統的性能，采用以ADμC842為核心的單片機數采系統。相對于其他單片機組成的系統具有集成度高，體積小，功耗低，開發周期短，運行可靠，成本低，功能強，系統升級方便的特點。重點指出ADμC842為核心組成超小型、分布式數據采集系統主要組成，以及在使用過程中出現的問題和解決方法。該系統主要應用于工廠車間及各機床的數據采集與控制，運用范圍比較廣泛。

關鍵詞： 數據采集； ADμC842； 分布式數據采集系統； MAX3140

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）07?0136?02

0 引 言

隨著微電子技術的發展，大規模集成電路工藝的改進，新型芯片不斷推出，微電子器件的成本成倍降低，性能價格比不斷的提高，以計算機和微控制器為核心的分布式系統，在監控系統、數據采集系統以及工業自動化控制方面得到了廣泛的應用。特別是單片機以它結構緊湊、體積小、抗干擾能力強、功耗低、價格低廉、開發簡單等優勢更加得到了廣大電子設計工程師的厚愛。Intel公司的MS8051單片機系列[2]以它全開放的技術，低廉的價格，在許多領域得到了廣泛的推廣與應用。隨著微電子技術在各個領域的不斷深入，對前端的數據采集技術提出了更高的要求，要求前端數據采集系統功能更強、速度更高、體積更小、功耗更低。一般的單片機系統已無法滿足要求。AD公司推出了更加完善的數據采集微控制器 ADμC842。它的內核集AD、DA與MS8051于一體，指令完全兼容MS8051[3]，使得原有的系統程序便于升級與移植，開發周期短、體積小、成本低、功能強。

1 ADμC842簡介

ADμC842結構框圖所示，ADμC842嵌入Intel公司的微控制器，增強的8052內核，具有8052的全部功能。增加了62 KB閃速/電擦除程序存儲器，2 KB內部數據存儲器，16 MB外部數據存儲器空間的地址總線。內部具有與I2C兼容的串行接口和SPI串行接口。3 V或5 V工作電壓，正常、掉電、空閑三種工作模式。電源監視器，監視系統電源。看門狗定時器，防止在惡劣環境下程序跑飛與系統死機。工作模式設置有控制寄存器設定，寄存器詳細說明見參考文獻[1]。

ADμC842具有全集成的8通道12位單電源A/D，轉換速率420 KSPS，此模塊為用戶提供了多通道多路轉換器，裝有工廠編程的效準系數，在上電時自動下載到ADC，以確保最佳的ADC性能。ADC的采樣和轉換時間、轉換位數可完全由用戶控制。A/D轉換器在空閑模式時具有掉電功能，具有單次轉換與連續轉換的DMA功能。內部有兩個12位DAC，DAC的工作由一個控制功能寄存器和4個數據寄存器控制。AD公司提供了一套完整的軟件開發工具包，能快速、高效完成應用程序設計、在線編程、加載、仿真和調試。片內程序也可以用第三方提供的編程器編程。

2 ADμC842在數據采集系統中的應用

2.1 系統組成

以ADμC842為核心的分布式數據采集系統框圖如圖2所示。信號調理電路主要由ADμC842，MAX3140，MAX232三部分組成[3]。信號調理部分主要是對各類傳感器送來的微弱信號進行隔離、放大、阻抗變換等[5]，滿足ADμC842輸入電平及信號大小的要求。ADμC842完成對信號的采集、保持、A/D轉換、數據存儲、時序控制、數據上傳、系統校準等所有功能，集數據采集與微控制器于一體。MAX3140完成ADμC842與上位機或集總控制器的通信。MAX232用于系統程序的在線下載和在線調試。從圖2可以看出，系統集成度高、所用外圍元件少、功耗小、抗干擾能力強。

ADμC842數據采集系統原理框圖

2.2 ADμC842數據采集系統特點

ADμC842內部ADC的轉換包含了一個2.38 μs轉換時間，8通道、12位、單電源、A/D轉換器、跟蹤/保持、片內基準、校準特性以及A/D轉換器等功能部件，模塊內部的所有部件能方便的通過3個特殊功能寄存器來設置。A/D由電容DAC的常規逐次逼近轉換器組成。轉換器的輸入電壓范圍為0～VREF。片內提供高精度低漂移并經工廠校準的2.5 V的基準電壓。外部基準可在2.3 V～AVDD的范圍內。用軟件或通過把轉換信號加至25腳（CONVST），可啟動單步或連續轉換模式。通過設置定時器也可產生用于ADC轉換的重復信號。將ADC設置成DMA工作模式，在DMA模式下ADC可連續轉換，并把采樣捕獲所得數據存儲到外部RAM空間而不需要來自MCU內核任何干預。這種自動捕獲功能可以擴展到16 MB外部數據存儲空間。來自片內溫度傳感器的電壓，輸出正比于絕對溫度，它可通過前端多路轉換器（實際上是9個ADC通道輸入）傳送，這方便了溫度傳感器的實現。

ADμC842片內具有62 KB閃速/電擦除程序空間，不需要外加ROM，由于廠家提供了啟動引導程序，因此通過標準UART串行接口，經過MAX232電平轉換，可以方便地把程序代碼加載到ADμC842中，引腳PSEN通過外部電阻拉到低電平，上電復位時將自動進入串行加載模式，一旦處于此模式，用戶就可以把程序代碼加載到其程序存儲器陣列。同時器件仍處于用戶應用硬件環境中，利用PC機在用戶板上可進行在線編程、加載、仿真和調試，無需任何開發裝置。對于新項目開發與系統的升級非常簡便。

內部有4 KB閃速/電擦除數據存儲器，分為1 024頁，每頁4 B，按頁讀寫，預寫入數據與讀出的數據保存在由一組數據存儲器EDATA1-EDATA3中。EADRL保存被訪問頁的8位地址。ECON是8位的控制寄存器。它可以寫入5個閃速/電擦除存儲器訪問命令之一，可以實現各種讀、寫、擦除和校驗模式。所有的操作用戶通過6個特殊功能寄存器訪問該區域，在掉電情況下，數據不會丟失，使得系統更加可靠。

ADμC842通過同步串行接口經MAX3140到異步串行數據通信接口RS 485/RS 422[6]，使得在工業環境及強電磁干擾情況下，保證數據傳送無誤。MAX3140的波特率、數據字長、校驗使能和數據字節接收FIFO，通過SPI向MAX3140控制寄存器寫入控制字來實現。MAX3140有8 B的FIFO及中斷邏輯可節省MCU的時間。支持多點通信即常用的9位模式組成大型的數據采集系統。

3 ADμC842數據采集系統在使用中應注意的

問題

（1） ADC時鐘必須在400 kHz～6.7 MHz之間，同時ADC在400 kHz～3 MHz之間有最好的特性，低于400 kHz ADC性能會變壞。

（2） 使用內部基準電壓時，VREF和CREF引腳應接0.1 μF到地，內部基準電壓將在ADC（經由ADCON1）使能激活，激活后不能立即啟動A/D轉換，基準電壓需要65 ms時間才能到達準確值。

（3） ADμC842有獨立的數字、模擬電源與地線引腳。最好保持ADμC842在單電源供電，如果電路板上有兩個獨立的電源地，為得到好的ADC特性，ADμC842接到較穩定的模擬地。如果兩組電源單獨供電。DVDD和AVDD之間最大的絕對差值不能超過0.3 V。

4 結 語

ADμC842組成的系統在實際應用中簡單快捷，操作升級簡單。使其與其他同類系統相比具有開發周期短、體積小、成本低、功能強、符合現代電子技術應用的要求。

參考文獻

[1] 李剛.ADμC8XX系列單片機原理與應用技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2002.

[2] 吳玉平.MCS51微控制器系列用戶指南[M].北京：電子工業出版社，1995.

[3] Anon. MAXIM New releases data book [M]. [S.l.]： [s.n.]， 1996.

[4] 孫涵芳.Intel 16位單片機[M].北京：北京航空航天大學出版社，1998.

[5] 黨安明，張欽軍.傳感器與檢測技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2011.

[6] 紀宗南.單片機外圍器件實用手冊[M].北京：北京航空航天大學出版社，1998.