基于MSC1210Y5的多通道數據采集系統

1 引言

以MSC1210Y5為核心的數據采集部分在工作時投放與水下、工作在無人值守的自容方式。由于海洋環境惡劣，所以儀器必須具有很好的可靠性及精確度，否則，就有可能給航行在測點附近海域的船舶提供不準確的海洋環境參數，筆者在燈船水文氣象實測數據自動顯示助航系統水下分機的設計中，成功應用了具有增強型8051內核微控制器和閃存的精密模數轉換器MSC1210Y5，避免了微控制器和AD轉換電路的單獨分立設計，簡化了電路，降低了功耗，增強了可靠性，提高了整個系統的工作速度。

2 MSC1210Y5的特性

MSC1210Y5是TQFP-64封裝的低功耗完全集成混合信號IC，供電電壓為2.7V-5.25V，它具有高精度的積分型模數轉換器，ADC錯誤Sinc3濾波器，具有24bit分辨率和24bit無遺漏碼，且采樣速率可調，在要求高精度的單周期轉換時，ADC可以選擇合適的濾波器、8路差分/單斷通道、片內偏置/增益校正、偏置數模轉換器，高達32KB的閃速數據存儲器、3個16位定時器和2個完整的雙向通用異步收發器。MSC1210Y5的引腳配置如圖1所示，各引腳的功能說明如下：

XOUT：晶體振蕩器引腳，用做晶體放大器的輸出端。

XIN：晶體振蕩器引腳，在使用外部時鐘源來代替晶體振蕩器時，XIN也可作為其輸入端。

P3.0-P3.7：端口3是雙向I/O口，具有復用功能。

DV_DD：數字供電。

DGND：數字地。

RST：復位輸入，若引腳上保持高電平達2條指令時鐘周期，器件將復位。

AGND：模擬地。

AV_DD：模擬供電。

AIN0-AIN5：模擬輸出通道0-5。

AIN6，EXTD：模擬輸入通道6，數字低電平檢測輸入；

AIN7，EXTA：模擬輸入通道7，模擬低電平檢測輸入。

AINCOM：模擬單端輸入的公共端。

REF IN-：負參考電壓輸入。

REF IN+：正參考電壓輸入。

P2.0-P2.7：端口2是雙向I/O口，具有復用功能。

PSEN，OSCCLK，MODCLK：程序存儲使能。與外部可選存儲器相連，作為器件使能信號，PSEN可提供一低電平脈沖，在編程模式下，PSEN可與ALE一同用做輸入，以確定編程模式是串行還是并行，在并行編程模式下保持為高，而在串行時為低，在不需使用外部程序存儲器時，這一引腳也可選做晶體振蕩器時鐘，調整時鐘輸出，或直接輸出高/低電平。

ALE：地址鎖存使能，用于在訪問外存時鎖存地址的低位字節，ALE的發生頻率為恒定值，等于晶體振蕩器頻率的1/2，并可用于外部定時或時鐘，在訪問外部數據存儲器時將每次省去一個ALE脈沖，在編程模式下ALE用做輸入，與PSEN共同用于確定編程模式是串行還是并行，在串行編程時，ALE保持為高，而在并行時則為低。

EA：外部器件訪問使能，EA引腳必須由外部保持低電平，器件才能由起始地址0000H開始讀取外部程序存儲器。

P0.0-P0.7：端口0是雙向I/O口，具有復用功能。

P1.0-P1.7：端口1是雙向I/O口，具有復用功能。

3 與數據采集相關的寄存器介紹

ADC補償標準寄存器低（中，高）字節OCL（OCM，OCH）是ADC補償校準的24bit字的低（中，高）字節，寫入該字節的數值用于設定ADC補償校準的數值。

ADC增益校準寄存器低（中，高）字節GCL（GCM，GCH）是24bitADC增益校準字的低（中，高）字節，寫入該字節的數值用于設定ADC增益標準的數值。

ADC乘法寄存器（ADMUX）的位7-4：INP3-0是輸入乘法器正通道，用來選擇正信號輸入，如表1所列。

位3-0：INP3-0為輸入乘法器負通道，用來選擇負信號輸入，如表2所列。

ADC計算結果寄存器低（中，高）字節ADRESL（ADRESM，ADRESH）包含ADC轉換器結果的24bit的低（中，高）字節，從ADRESL寄存器讀取數據時會復位ADC中斷。

ADC控制寄存器，0，1，2的設置功能包括熄火監測、內部參考電壓使能、內部參考電壓選擇、緩沖使能、可編程增益放大器增益設置、ADC運算結果和綜合寄存器的極性、停留模式、標準模式控制位以及十進制比率。

4 多通道數據采集的軟硬件設計

筆者在燈船水文氣象實測數據自動顯示助航系統水下分機的設計中采用MSC1210Y5作為水下分機的微控制器，用其內置的ADC進行數據采集，外圍傳感器的輸出電壓可以采用單端或差分輸入的方式直接接入MSC1210Y5的8路通道，不需要任何附加的外圍電路，連接電路如圖2所示。

AD轉換部分一般情況下順序進行多信道數據采集，在上位機發來指令時，可以跳轉到相應的數據采集程序部分，在此列出一段采集程序。

MOV SBUF0,A 　?。粡拇诎l送回來，使用串口是工具檢查結果

JNB TI_0，＄

CLR TL_0

JMP K1

RET

5 結束語

MSC1210Y5可極大的減輕電路設計工作量，減小外圍電路規定，從而提高整個系統的可靠性，降低功耗，所研制的燈船水文氣象實測數據自動顯示助航系統水下分機在大亞灣等海域進行實驗，實驗結果表明數據采集可靠，精確度較高。