基于ADuC824的便携式数据采集仪的设计

发布于:2007/5/31 8:50:56 | 1118 次阅读


  [ ] 介绍了ADuC824的内部结构和功能,结合K9S2808V0A构成便携式数据采集仪,并给出了软、硬件设计的方法。

关键词] ADuC824;数据采集;便携式


1
  数据采集仪可广泛应用于工业、农业、军事及日常生活等各个领域。通常对数据采集仪的要求是采集速度快、高、存储容量大、抗干扰能力强,能实时记录数据采集的时间,仪器操作简单,携带方便,并能灵活选择数据输出的方式,而采用普通微控制器组成的数据采集系统很难满足上述要求。该文介绍一种以数据采集系统芯片ADuC824为,配合大容量快闪存储器K9S2808V0A芯片构成的数据采集仪的软、硬件设计方法。该采集仪特别适用于野外及环境恶劣的工作场所。
2 便携式数据采集仪的硬件系统组成
  便携式数据采集仪的硬件系统组成如图2-1所示。

  采集仪采用美国AD公司推出的高性能数据采集系统芯片ADuC824,它可以同时接收多路模拟信号,并能选择模拟信号的输入方式(直接输入或差分输入),利用分时进行采集,可实时记录数据采集的时间。外部模拟信号在A-DuC824内部完成多路选择、缓冲、程控增益放大、低通滤波及模/数转换。根据模拟信号的特征,采集人员可以通过键盘选择不同的采样速率、数字滤波器进行数据采样、抗干扰处理,处理后的数据与时间信息一起直接存入外部大容量快闪存储器K9S2808V0A中,同时通过LED显示器显示。用户如需进一步分析处理数据,可通过打印机接口外接微型打印机直接打印输出,也可通过通信接口传送至上位机,再采用专用软件对数据进行分类或综合处理。
2.1 ADuC824芯片简介[1]
  ADuC824是美国AD公司出品的高性能微转换器,是一种具有真正意义的完整的数据采集系统芯片。它在单个芯片内集成了双路高∑-△ADC、温度传感器、程控增益放大器PGA、8位MCU、FlashMemory、RAM以及定时器/计数器等功能部件,具有52引脚,采用PQFP(即塑料四方形扁平)封装,图2-2是ADuC824的内部功能框图。它的组成及特点如下:
  (1)基于8051的内核,指令集与8051兼容;可采用32kHz的晶振工作,利用片内PLL(锁相环)产生内部所需的工作频率,MCU内核工作频率和数据输出率可编程,输出随程控增益和输出数据速率的变化而改变;3个16位的定时器/计数器;26根可编程I/O线;12个中断源,两个优先级。

  (2)8KB片内闪速/电擦除程序存储器;640B片内闪速/电擦除数据存储器;片内电荷泵(不需要外部VPP);256B片内数据RAM;可扩展64KB程序存储器空间和16MB数据存储器空间。
  (3)两个独立的∑-△ADC通道,主、辅助通道的分辨率分别为24和16位,具有可编程自校正功能;12位电压输出型的数模转换器(DAC);片内温度传感器;两个激励电流源;基准检测电路;定时间隔计数器(TIC)。
  (4)采用3V、5V电压工作;具有正常、空闲和掉电3种工作模式。
  (5)一个通用UART串行I/O;一个与I2C兼容的二线串口和SPI串口;一个看门狗定时器(WDT);一个电源监视器(PSM)。
2.2 数据采集仪的接口电路[2]
  数据采集仪的接口电路包括数据存储器扩展电路、日历时钟电路、键盘/显示电路及打印、通信电路等几个部分。
    (1)日历时钟接口电路
  为了实时记录数据采集的时间,采集仪设计了一个日历时钟接口电路。日历时钟芯片选用Dallas公司的DS12C887,该芯片采用CMOS工艺,内部集成了芯片工作所需的晶振和锂电池等相关电路,能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息,具有功耗低、高、工作稳定可靠、外围接口简单等优点。DS12C887与ADuC824的接口电路见图2-3。其中,MOT:模式选择,此处接地,选择Intel模式;AD0~AD7:分时复用地址/数据总线;AS:地址选通;/DS:数据读允许;R/W:数据写允许;/CS:片选;/RESET:复位。它们分别与ADuC824的P0口、ALE、/RD、/WR、P3.5及+5V相连。

    (2)通信、打印接口电路
  为了实现与上位机(PC机)的通信,选用MAX232芯片组成通信接口电路,MAX232是一种双路RS-232数据收发器,只需+5V电源供电,图2-3是它与ADuC824的接口电路,其中ADuC824的TxD、RxD分别与MAX232的T21N、R20UT相连,而MAX232的T20UT、R2IN接至PC机。
  打印接口电路可通过ADuC824扩展一片可编程并行I/O接口芯片(如8255)来实现,用以完成采集仪数据的直接打印输出。
    (3)数据存储器扩展电路
  ADuC824片内虽然包含了640B闪速/电擦除数据存储器和256B的RAM,但相对说来其容量毕竟有限,不能满足数据采集仪的要求,因此,系统扩展了16MB的外部数据存储器。存储芯片选用三星公司新品大容量闪速存储器K9S2808V0A。
  K9S2808V0A为22引脚表面封装器件,单片容量16MB(16M×8),其突出优点是:命令、地址和数据信息均通过8条I/O线传输,寻址内存单元的地址线不作为芯片的引脚,24位地址分3次写入地址寄存器,译码后找到相应的单元,电路连线简单,可靠性高,图2-4是它与ADuC824的接口电路。其中,CLE:命令锁存使能,ALE:地址锁存使能,CE:片选,RE、WE:读、写使能,R/B:操作状态指示,I/O口:三态,输入命令、地址和数据以及读操作时输出数据,它们分别与ADuC824的P1.1、ALE、P1.0、/RD、/WR、P1.2、P0口相连。K9S2808V0A的各种操作具有共同的特点,即在I/O口上首先发送操作命令到命令寄存器,其后的连续3个周期发送要操作单元的地址。

    (4)显示、键盘接口电路
  为了提高数据采集仪的抗干扰性能,节省A-DuC824的资源,接口电路采用键盘、显示专用接口芯片MAX7219构成。MAX7219是美国MAXIM公司推出的多功能串行LED显示驱动器,采用3线串行接口传送数据,可直接与ADuC824接口。它内含硬件动态扫描显示控制,每片可驱动8个LED数码管,当多片MAX7219级联时,可控制更多的LED。
MAX7219是共阴极显示驱动器,其SEGA-G和SEGH为LED七段显示器段和小数点驱动端,输出段控信号,DIG0~7为8位数字驱动线,输出位选信号,DIN为串行数据输入端,CLK为串行时钟输入端,DOUT为串行数据输出端,在级联时传到下一片MAX7219的DIN端,LOAD为装入数据控制端,ISET端通过一个电阻与电源相连,以提供给LED段的峰值电流。图2-4是它与ADuC824的接口电路,采集仪可根据实际需要,具体确定LED的位数后,再决定是否选用多片MAX7219进行级联。图中,ADuC824的P3.2、P3.3、P3.4分别作为MAX7219的DIN、CLK、LOAD的信号输入端。
  键盘接口电路同样使用MAX7219芯片,具体电路不再画出。键盘可设置6个按键,即采样信号A、B、C、D键及打印、通信键。根据现场采集信号类型的不同,通过A、B、C、D键分别选择不同的采样速率、数字滤波器来进行数据采集、处理,以提高所得数据的度和正确度;通过打印键实现数据的直接打印输出;通过通信键完成与上位机的通信。
3 便携式数据采集仪的软件设计
  采集仪的软件包括主程序、子程序及各功能程序,采用模块化的程序设计方法。主要有以下几个部分构成:
  (1)系统初始化模块:完成ADuC824、DS12C887、K9S2808V0A、MAX7219等可编程芯片的初始化工作;
  (2)系统自测试及出错处理模块:实现采集仪自检功能,提示系统错误信息;
  (3)显示、键测试模块:实现日历时钟和采集数据的显示,判别是否有键按下以及何键被按下;
  (4)日历时钟数据传送模块:完成日历时钟数据的调用及存储;
  (5)数字滤波器模块:根据模拟信号及干扰信号的不同特征,编制相应的数字滤波程序,实现软件抗干扰;
  (6)闪速/电擦除数据存储器数据输入、输出模块:完成数据的存储、输出功能;
    (7)打印模块:实现数据的直接打印输出;
    (8)通信模块:实现采集仪与上位机的数据传送。主程序流程见图3-1。

4 结束语
  ADuC824片内资源丰富,可广泛应用于智能仪表、智能传感/变送器、称重仪器、压力测量、便携式仪器等领域,同时ADuC824也代表了当今微控制器的发展趋势。以ADuC824为的便携式数据采集仪不但具有硬件结构紧凑、功耗低、抗干扰性能好、携带方便等优点,而且还具有很高的稳定性、可靠性。

参考文献]

[1] 李 刚.ADuC8XX系列单片机原理与应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.
[2] 何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,1999.
参与讨论
后参与讨论

//评论区

推荐阅读

智能网联汽车国际标准法规协调专家组(HEAG)召开工作会议

近年来智能网联汽车快速发展,新技术不断涌现,与相关产业融合度持续提升,正在推动全球汽车产业发生深刻变革。为应对此种形势,欧、美、日等汽车工业发达国家和地区都加大了智能网联汽车的国际标准法规协调的参与力度,在联合国世界车辆法规论坛(UN/WP.29)和国际标准化组织(ISO)层面,智能网联汽车相关国际标准法规协调活动正快速推进。 为更有效地支撑上述组织的国际标准法规协调活动,2017年全国汽车标准

0215jiejie | 发布于:2022-12-01 0评论 0赞

苹果推出搭载M2芯片的新款iPad Pro 799美元起售

据苹果官网,苹果推出搭载M2芯片的新款iPadPro。 11英寸wifi版起售价为799美元,wifi+蜂窝网络版起售价为999美元;12.9英寸wifi版起售价为1099美元,wifi+蜂窝网络版起售价为1299美元。

0215jiejie | 发布于:2022-10-19 0评论 0赞

新能源汽车领衔 “中国智造”加速登陆欧洲市场

全球五大车展之一巴黎车展时隔四年再度启幕。在这场被视为“全球汽车行业风向标”的盛会上,国内外汽车品牌云集,长城汽车、比亚迪等再次领衔中国汽车出海。 长城汽车欧洲区域总裁孟祥军表示:“欧洲是长城汽车最重要的海外市场之一,巴黎车展是长城汽车向欧洲市场展示GWM品牌和产品的最佳机会。长城汽车正在研究汽车行业碳排放的整个生命周期,到2025年,将推出50多款新能源产品,全力支持可再生能源使用,为全球用户

0215jiejie | 发布于:2022-10-19 0评论 0赞

严监管时代来临,电子烟“通配”大战走向何方?

针对通配烟弹厂商的一系列诉讼的结果,将对生产通配烟弹的品牌未来在电子烟行业的发展产生深远影响。 10月1日,《电子烟强制性国家标准》正式实施,中国电子烟监管全面生效。而在电子烟行业进入规范化、法治化阶段前夕,一场围绕着通配烟弹的争论在行业里发酵。 “通配”是电子烟从业者约定俗成的概念。换弹式电子烟由烟杆和烟弹组成,“通配”烟弹指的是非品牌商生产、可与品牌烟杆匹配使用的烟弹。多位业内人士表示,被

0215jiejie | 发布于:2022-10-19 0评论 0赞

Bourns 全新大功率分流电阻器

采用金属感应引脚,专用于大电流应用中进行精确测量 全新分流电阻器专为电池管理系统、大电流工业控制和电动汽车充电站 提供高可靠性、高成本效益的解决方案 美国柏恩Bourns全球知名电子组件领导制造供货商,宣布新增12款CSM2F系列功率分流电阻器,扩展其产品组合。全新系列采用铆接通孔金属传感引脚,可满足大电流应用中对电压测试点精确定位日益增长的需求。最新型Bourns?CSM2F系列分流电阻器

0215jiejie | 发布于:2022-10-18 0评论 0赞

请尊重元宇宙“这个筐”

元宇宙是个筐,啥都往里装,但区别在于有的像聚宝盆,有的像垃圾桶。国庆假期刚结束,中青宝“90后”董事长李逸伦便亲自上阵,玩起了元宇宙婚礼。靠着老板首秀和代言,中青宝顺势推出“MetaLove元囍”App,正式进军元宇宙婚礼赛道。 就产品而言,如同其他元宇宙产品,李逸伦的元宇宙婚礼“新奇与吐槽齐飞”:有人说是有趣的尝试,有人则认为像QQ炫舞结婚系统。要知道,QQ炫舞是一款推出了十余年的老游戏。

0215jiejie | 发布于:2022-10-13 0评论 0赞

边缘计算:突围商业模式痛点

截至8月末,中国5G基站总数达210.2万个,中国5G发展已经进入下半场。随着5G加速融入千行百业,互动直播、vCDN、安防监控等场景率先大规模落地,车联网、云游戏、工业互联网、智慧园区、智慧物流等场景也快速走向成熟,这些更大流量、更低时延、更高性能的场景涌现,对边缘计算的刚性需求势必爆发。 GrandViewResearch预测,即使在新型冠状病毒肺炎疫情肆虐全球的背景下,边缘计算和5G网络市

0215jiejie | 发布于:2022-10-13 0评论 0赞

商务部回应美商务部升级半导体等领域对华出口管制并调整出口管制“未经验证清单”

商务部新闻发言人10日就美商务部升级半导体等领域对华出口管制并调整出口管制“未经验证清单”应询答记者问。 有记者问:近日,美国商务部在半导体制造和先进计算等领域对华升级出口管制措施。同时,在将9家中国实体移出“未经验证清单”过程中,又将31家中国实体列入,请问中方对此有何回应? 对此,商务部新闻发言人回应称,中方注意到相关情况。首先,通过中美双方前一阶段共同努力,9家中国实体zui终

0215jiejie | 发布于:2022-10-13 0评论 0赞

TCL华星官宣与奔驰合作:推出全球首款横贯A柱的车载显示屏

今年1月,奔驰带来了VISIONEQSS概念车,其中控台采用了一块完全无缝的47.5英寸曲面显示屏,横贯整个A柱,令人印象深刻。今天,TCL华星正式官宣与奔驰达成合作,并认领了VISIONEQSS上这块全球首款横贯整个A柱曲面的车载显示屏。 根据TCL介绍,这款显示屏采用了完全无缝的超薄一体化设计,将仪表盘、中控与副驾娱乐显示融为一体,并能够与3D实时导航系统相辅相成。 同时,这块显示屏还采用

0215jiejie | 发布于:2022-10-12 0评论 0赞

半导体板块暴跌 谁最受伤

国庆假期后首日开盘,上证综指时隔5个月再次失守3000点,与此同时,半导体板块也再度走低,其中,北方华创、雅克科技等个股跌停。10月11日早盘期间,半导体板块持续下挫,北方华创、雅克科技再度跌停。截至下午收盘,北方华创、雅克科技维持跌停状态,华海清科、拓荆科技-U、盛美上海、清溢光电、海光信息的跌幅则超10%。同日,半导体板块中的119只个股中超五成呈现下跌趋势。 在半导体板块遭遇下挫的同时,北

0215jiejie | 发布于:2022-10-12 0评论 0赞