基于ADμC812的溫度檢測系統(tǒng)的設計

1 引言
    本系統(tǒng)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(tǒng)復位、LED顯示、串行數(shù)據(jù)通信、上位機控制等6個功能模塊。

　  系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。傳感器將溫度(物理量)轉(zhuǎn)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(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器采樣得到相應的數(shù)據(jù)，最后通過芯片內(nèi)部處理由LED串行顯示模塊將具體值顯示出來并發(fā)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(shù)據(jù)通信的順利進行，又可以作為ADμC812芯片的下載工具的數(shù)據(jù)線，這為程序的在線調(diào)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(shù)據(jù)LED顯示。(3)檢測通信口狀態(tài)，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(nèi)部包含了高精度的8通道12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，2通道12位數(shù)模轉(zhuǎn)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(nèi)有8KB閃速/電擦除程序存儲器、640單元閃速/電擦除數(shù)據(jù)存儲器、256個單元數(shù)據(jù)SRAM(支持可編程)。

　　MCU支持的功能包括看門狗定時器、電源監(jiān)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(nèi)核和模擬轉(zhuǎn)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(yè)溫度范圍內(nèi)用3V和5V電壓工作的兩種規(guī)格，有52引腳、塑料四方形扁平封裝形式(POTP)可供使用。

3 系統(tǒng)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(tǒng)最基本的一個模塊，它主要檢測所測環(huán)境的溫度和為后續(xù)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(zhuǎn)變成相應電壓變化。該電壓值大小在一定的溫度范圍內(nèi)隨溫度變化的函數(shù)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(tǒng)的性能和可靠性，把ADμC812的數(shù)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(tǒng)穩(wěn)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(fā)送和接收數(shù)據(jù)。串行網(wǎng)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(xiàn)上位機與ADμC812的串行通信。

　　RxD和TxD通過RS-232收發(fā)器(ADM202芯片)連接到9線D型連接器上；收發(fā)器能夠產(chǎn)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(fā)器是ADM202芯片，它內(nèi)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(tǒng)軟件設計
　　在系統(tǒng)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(shù)據(jù)傳送至計算機，以實現(xiàn)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(xiàn)有效的協(xié)調(diào)、管理和控制各終端運行(如圖4所示)。

　　　　　　　　　　　

　　本系統(tǒng)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(shù)據(jù)通信協(xié)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(shù)據(jù)實時顯示清零等)，ADμC812等待上位機發(fā)送啟動采集數(shù)據(jù)的命令和選擇終端采集通道，一旦握手信號建立，系統(tǒng)便開始進入預定狀態(tài)，采集外界信號；若握手不成功則通過串行口通知計算機發(fā)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(diào)用API函數(shù)與單片機ADμC812通信。由于沒有使用硬件握手聯(lián)機，所以在上位機里，每1s讀取一次串口緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)；在讀取數(shù)據(jù)前先發(fā)送命令給單片機，讓單片機開始數(shù)據(jù)采 樣，然后再發(fā)送讓單片機傳遞數(shù)據(jù)的命令，同時計算機便開始接收，這樣實現(xiàn)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(jù)測試得到的部分實驗數(shù)據(jù)如下：實驗數(shù)據(jù)驗證說明，本系統(tǒng)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
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［2］沈緒榜，何立民.2001嵌入式系統(tǒng)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