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1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 ADuC841的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 油田現(xiàn)場(chǎng)往往環(huán)境復(fù)雜,電磁干擾多,溫度/ 濕度相對(duì)變化范圍較大,所以一直面臨著因采集到的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確,影響測(cè)量精度和速度。在設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模塊的過(guò)程中,經(jīng)過(guò)對(duì)眾多數(shù)據(jù)采集處理芯片的分析比較,選用了ADuC841 作為數(shù)據(jù)采集的芯片,相比于早期的ADuC81x 系列,它在速度大幅度提升片內(nèi)的集成功能、器件的可靠性和功耗等方面都到達(dá)了一個(gè)嶄新的水平,證明該芯片非常適合用于復(fù)雜電磁環(huán)境下工業(yè)控制上的小信號(hào)數(shù)據(jù)采集。 1 ADuC841 的基本原理和性能特點(diǎn) ADuc841 單片機(jī)具有高速、高精度的ADC,DAC功能,以及的在電路可調(diào)
2、試、可的特點(diǎn),特別適合在各種測(cè)控系統(tǒng)和儀器儀表中使用。 ADuC841( 如圖1 所示) 內(nèi)部集成了8052 微處理器的內(nèi)核,并提供了很大的存儲(chǔ)空間,如64 KB 的FLASH/ E2PROM 程序空間、8 KB 的FLASH/E2 PROM數(shù)據(jù)空間,以及2 304 B 的數(shù)據(jù)RAM 等。此外,該器件還集成了許多外圍器件,包括、高速的8通道12 位模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換器( 其轉(zhuǎn)換速率可達(dá)420 kS/ s) ,片上低漂移15 10- 6 的精細(xì)內(nèi)部電壓參考源,DMA 方式控制器,2 個(gè)12 位的電壓輸出數(shù)/ 模轉(zhuǎn)換器、2 個(gè)脈寬調(diào)制輸出、一個(gè)溫度傳感器。使用這些模塊,可以方便地實(shí)現(xiàn)與前級(jí)傳感器的接口,
3、也可以有效地控制后級(jí)電路。其他的片上外設(shè)主要有U ART ,SPI 以及I2C 接口、時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器、看門(mén)狗定時(shí)器和電源監(jiān)視器等,這些模塊可以便捷地實(shí)現(xiàn)與其他單片機(jī)或PC 機(jī)通信( 此時(shí)需電平轉(zhuǎn)換電路) ,還可以有效地保障單片機(jī)電源的正常工作和程序的正常運(yùn)行。 圖1 ADuC841 基本原理框圖 2 數(shù)據(jù)采集器硬件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2. 1 硬件系統(tǒng)的模塊劃分和各模塊功能 該外置式數(shù)據(jù)采集器硬件系統(tǒng)由傳感器模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、外部存儲(chǔ)模塊、串行通信口模塊、顯示模塊組成,如圖2 所示。信號(hào)調(diào)理模塊主要采集到的信號(hào)開(kāi)展簡(jiǎn)單的放大、濾波。模擬輸入信號(hào)的濾波主要用于濾除高頻干擾信號(hào),在設(shè)計(jì)中采用低
4、通濾波器完成這一功能。開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)的濾波主要用于防止強(qiáng)電磁干擾或工頻電壓通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入通道進(jìn)入信號(hào)采集處理系統(tǒng),設(shè)計(jì)采用連接光耦合器的方法實(shí)現(xiàn)這一功能。信號(hào)采集處理模塊的主要功能是對(duì)采集到的信號(hào)開(kāi)展A/D 轉(zhuǎn)換和簡(jiǎn)單處理。同時(shí)信號(hào)采集處理模塊的微處理器肩負(fù)著管理輸入輸出等其他模塊的任務(wù),該模塊主要由ADuC841 芯片組成。外部存儲(chǔ)模塊的主要功能是提供32 KB 的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間,為該外置式數(shù)據(jù)采集器存儲(chǔ)和處理大量的采集信號(hào),以提供硬件支持。 外部存儲(chǔ)模塊主要由FLASH 存儲(chǔ)器A T45DB081B 組成。串行通信模塊的功能主要是提供標(biāo)準(zhǔn)的RS 232接口和RS 485 接口,為實(shí)現(xiàn)不同
5、外置式數(shù)據(jù)采集器之間的通信,以及外置式數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)之間的通信提供方便。該模塊主要由MAX 232 芯片和MAX485 芯片組成。 圖2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件構(gòu)造 2. 2 硬件系統(tǒng)電路的總體設(shè)計(jì) 信號(hào)采集處理模塊中的ADuC841 芯片允許P1 口作為采集器的模擬信號(hào)輸入口,ADuC841 芯片功能強(qiáng)大,允許被采集信號(hào)直接輸入。但為了抑制干擾信號(hào),在本設(shè)計(jì)中被采集信號(hào)通過(guò)低通濾波器后再輸入ADuC841。信號(hào)采集處理模塊中ADuC841 芯片的P2口既可以作為采集器的數(shù)字信號(hào)I/ O 口,也可以作為外部32 KB RAM 的高7 位地址線(xiàn)接口。當(dāng)作為采集器的數(shù)字信號(hào)I/ O 口時(shí),P2 口通
6、過(guò)緩沖器( 鎖存器)與外部開(kāi)關(guān)量輸入( 開(kāi)關(guān)量輸出) 相連; 當(dāng)作為外部32 KB RAM 的高7 位地址線(xiàn)接口時(shí),P2 口直接與外部RAM 的高7 位地址線(xiàn)相連。ADuC841 的第14 口外接一個(gè)射級(jí)跟隨器作為DAC 輸出口,第14 口外接一個(gè)射級(jí)跟隨器的目的是增加電路的驅(qū)動(dòng)能力。為了方便集散控制和實(shí)現(xiàn)外置式數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)及其他設(shè)備間的信息交換,需要在外置式數(shù)據(jù)采集器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的通信接口。本數(shù)據(jù)采集處理器預(yù)留了標(biāo)準(zhǔn)的RS 232C和RS 485A 通信接口,方便了聯(lián)機(jī)通信。 3 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的軟件編制和仿真均在Keil 公司推出的Keil uVisio n3 環(huán)境下實(shí)現(xiàn)。Kei
7、l 單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)軟件支持多種不同公司的MCS51 構(gòu)架的芯片,集編輯、編譯、和仿真等于一體,同時(shí)還支持PLM、匯編和C 語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì),在調(diào)試程序和軟件仿真方面也有很強(qiáng)大的功能。Keil uVision3 支持ADuC8XX 系列芯片的開(kāi)發(fā)和在線(xiàn),簡(jiǎn)單易用,能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境的需求。由于篇幅的限制只給出了串口通信的設(shè)計(jì),如圖3 所示。 圖3 軟件系統(tǒng)總圖 在串行通信中,收發(fā)雙方對(duì)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的速率要有約定。通過(guò)軟件可對(duì)ADuC841 串行口編程為4 種工作方式,其中,方式0 和方式2 的波特率是固定的,方式1 和方式3 的波特率是可變的,由定時(shí)器T 1的溢出率來(lái)決定。串行口的4 種工
8、作方式對(duì)應(yīng)3 種波特率。由于輸入移位時(shí)鐘的不同,所以各種方式的波特率計(jì)算公式也不相同。 方式0 的波特率= fosc/ 12 方式1 的波特率= ( 2SMOD/ 64) ( T1 溢出率) 方式2 的波特率= ( 2SMOD/ 64) fo sc 方式3 的波特率= ( 2SMOD/ 64) ( T1 溢出率) 當(dāng)T1 作為波特率發(fā)生器時(shí),使T 1 工作在自動(dòng)再裝入的8 位定時(shí)器方式( 即方式2,且TCON 的TR1= 1,以啟動(dòng)定時(shí)器) 。這時(shí)溢出率取決于TH1 中的計(jì)數(shù)值。在ADu C841 中,用的晶振頻率為32. 768 kHz,所以選用的波特率也相對(duì)固定。在使用串行口之前,應(yīng)對(duì)其開(kāi)
9、展初始化,主要是設(shè)置產(chǎn)生波特率的定時(shí)器1、串行控制和中斷控制。具體步驟如下: ( 1) 確定T 1 的工作方式( 編程TMOD 存放器) ; ( 2) 計(jì)算T 1 的初值,裝載T H1,TL1; ( 3) 啟動(dòng)T 1( 編程T CON 中的T R1 位) ; ( 4) 確定串行口控制( 編程SCON 存放器) ; ( 5) 串行口在中斷方式工作時(shí),要開(kāi)展中斷設(shè)置( 編程IE,IP 存放器) 。 雙方約定采用串行口方式1 開(kāi)展通信,一楨信息為10 位,其中有1 個(gè)起始位、8 個(gè)數(shù)據(jù)位和一個(gè)停止位,波特率為2 400 b/ s。T 1 工作在定時(shí)器方式2,振蕩頻率選用11. 059 2 Hz,由此可知TH1 = TL1 =0F4H,
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