基于ADμC812的溫度檢測系統的設計

1 引言
    本系統以ADμC812單片機為處理核心，分為溫度傳感、信號處理(差分放大、采樣保持)、系統復位、LED顯示、串行數據通信、上位機控制等6個功能模塊。

　  系統的工作原理如圖1所示。傳感器將溫度(物理量)轉化為電量(電壓)，然后通過差分放大模塊將信號先放大再保持處理，接著將兩路模擬信號(電壓)送至ADμC812的P1.0、P1.1管腳進行內部A/D轉換器采樣得到相應的數據，最后通過芯片內部處理由LED串行顯示模塊將具體值顯示出來并發送給上位機。


　　其中串行通信(RS-232)既可以保證上位機與ADμC812主芯片之間數據通信的順利進行，又可以作為ADμC812芯片的下載工具的數據線，這為程序的在線調試提供了便利。

　　由于設計中主要用到了A/D、串行通信等模塊，所以采用ADμC812作為主控制芯片，它主要擔負以下3種功能：

　　(1)采樣各通道的模擬量并進行相關運算。(2)實時數據LED顯示。(3)檢測通信口狀態，接到通信 握手信號時與計算機進行通信。

2 ADμC812的主要性能特點
    由美國模擬器件公司推出的ADμC812單片機，其內部包含了高精度的8通道12位模數轉換器(ADC)，2通道12位數模轉換器(DAC)以及可編程的8位(與8051單片機兼容)微控制器單元(MCU)。另外，片內有8KB閃速/電擦除程序存儲器、640單元閃速/電擦除數據存儲器、256個單元數據SRAM(支持可編程)。

　　MCU支持的功能包括看門狗定時器、電源監視器以及ADC DMA功能。為多處理器接口和I/O擴展提供了32條可編程的I/O線、與I2C兼容的串行接口、SPI串行接口和標準UART串行接口I/O。

　　MCU內核和模擬轉換器兩者均有正常、空閑以及掉電工作模式，它提供了適合于低功率應用的、靈活的電源管理方案。器件包括在工業溫度范圍內用3V和5V電壓工作的兩種規格，有52引腳、塑料四方形扁平封裝形式(POTP)可供使用。

3 系統硬件電路設計
    硬件設計的模塊大致可以分為溫度信號傳感，信號的處理，采樣保持，LED實時顯示，單片機采樣控制及與計算機之間的通信等。

　　溫度檢測電路是整個系統最基本的一個模塊，它主要檢測所測環境的溫度和為后續電路提供處理信號。通過溫度傳感器鉑電阻，將溫度變化信號轉變成相應電壓變化。該電壓值大小在一定的溫度范圍內隨溫度變化的函數關系近似為線性，它的變化幅度大約為0.388Ω/℃。

　　為了提高整個系統的性能和可靠性，把ADμC812的數字地接在一起、模擬地接在一起，然后共地，以此減小外界的干擾信號對芯片正常工作的影響。用MAX813L作為主芯片的復位之用，更好的保證系統穩定運行。圖2所示的電路可以保證ADμC812在上電時正常復位，掉電時正常關閉，在非完全掉電和電源低落時也能給出正常、合適的響應。

　　ADμC812的UART串行接口是全雙工的，它可以同時發送和接收數據。串行網絡的物理接口由引腳RxD(P3.0)和TxD(P3.1)提供。圖3是利用這兩個引腳設計的RS-232接口電路，可實現上位機與ADμC812的串行通信。

　　RxD和TxD通過RS-232收發器(ADM202芯片)連接到9線D型連接器上；收發器能夠產生串行接口通信所需電平，從而允許D型連接器直接與上位機串行接口相連。由于此電路中所采用的收發器是ADM202芯片，它內部沒有集成ESD保護電路，所以需要外接0.1μF的電容構成外部保護電路。

　
4 系統軟件設計
　　在系統軟件設計中，主要分為兩部分：一是ADμC812的單片機程序，主要承擔終端的信號采集處理，把有關數據傳送至計算機，以實現計算機信息集中處理與控制；二是計算機上的上位機程序，以實現有效的協調、管理和控制各終端運行(如圖4所示)。

　　　　　　　　　　　

　　本系統中，計算機和ADμC812模塊之間的通信距離比較近，所以采用RS-232標準的串行數據通信協議。考慮到終端選擇的同比性，這里主要研究了兩路信號采集工作，即選擇了兩路終端。

(1)主程序框圖
    開機初始化(堆棧指針設置，A/D采樣控制寄存器設置初始化，數據實時顯示清零等)，ADμC812等待上位機發送啟動采集數據的命令和選擇終端采集通道，一旦握手信號建立，系統便開始進入預定狀態，采集外界信號；若握手不成功則通過串行口通知計算機發送命令失敗。主程序的流程圖如圖5所示。

　　　　　　　　　　　　

(2)上位機軟件設計
    使用高級語言Delphi7通過調用API函數與單片機ADμC812通信。由于沒有使用硬件握手聯機，所以在上位機里，每1s讀取一次串口緩沖區的數據；在讀取數據前先發送命令給單片機，讓單片機開始數據采 樣，然后再發送讓單片機傳遞數據的命令，同時計算機便開始接收，這樣實現了兩者之間的同步。上位機程序的流程圖如圖6所示。
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5 測試結果
    根據測試得到的部分實驗數據如下：實驗數據驗證說明，本系統的設計不管在單、雙通道采樣控制，還是在實時處理顯示精度上，都取得了理想的效果。

參考文獻
［1］劉書名，馮小平.數據采集系統芯片ADμC812原理與應用［M］.西安：西安電子科技大學出版社，2000.
［2］沈緒榜，何立民.2001嵌入式系統及單片機國際學術交流會論文集［C］.北京：航空航天大學出版社，2002.
［3］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