基于ADμC842组成分布式数据采集系统

摘 要： 为了提高前端数据采集系统的性能，采用以ADμC842为核心的单片机数采系统。相对于其他单片机组成的系统具有集成度高，体积小，功耗低，开发周期短，运行可靠，成本低，功能强，系统升级方便的特点。重点指出ADμC842为核心组成超小型、分布式数据采集系统主要组成，以及在使用过程中出现的问题和解决方法。该系统主要应用于工厂车间及各机床的数据采集与控制，运用范围比较广泛。

关键词： 数据采集； ADμC842； 分布式数据采集系统； MAX3140

中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）07?0136?02

0 引 言

随着微电子技术的发展，大规模集成电路工艺的改进，新型芯片不断推出，微电子器件的成本成倍降低，性能价格比不断的提高，以计算机和微控制器为核心的分布式系统，在监控系统、数据采集系统以及工业自动化控制方面得到了广泛的应用。特别是单片机以它结构紧凑、体积小、抗干扰能力强、功耗低、价格低廉、开发简单等优势更加得到了广大电子设计工程师的厚爱。Intel公司的MS8051单片机系列[2]以它全开放的技术，低廉的价格，在许多领域得到了广泛的推广与应用。随着微电子技术在各个领域的不断深入，对前端的数据采集技术提出了更高的要求，要求前端数据采集系统功能更强、速度更高、体积更小、功耗更低。一般的单片机系统已无法满足要求。AD公司推出了更加完善的数据采集微控制器 ADμC842。它的内核集AD、DA与MS8051于一体，指令完全兼容MS8051[3]，使得原有的系统程序便于升级与移植，开发周期短、体积小、成本低、功能强。

1 ADμC842简介

ADμC842结构框图所示，ADμC842嵌入Intel公司的微控制器，增强的8052内核，具有8052的全部功能。增加了62 KB闪速/电擦除程序存储器，2 KB内部数据存储器，16 MB外部数据存储器空间的地址总线。内部具有与I2C兼容的串行接口和SPI串行接口。3 V或5 V工作电压，正常、掉电、空闲三种工作模式。电源监视器，监视系统电源。看门狗定时器，防止在恶劣环境下程序跑飞与系统死机。工作模式设置有控制寄存器设定，寄存器详细说明见参考文献[1]。

ADμC842具有全集成的8通道12位单电源A/D，转换速率420 KSPS，此模块为用户提供了多通道多路转换器，装有工厂编程的效准系数，在上电时自动下载到ADC，以确保最佳的ADC性能。ADC的采样和转换时间、转换位数可完全由用户控制。A/D转换器在空闲模式时具有掉电功能，具有单次转换与连续转换的DMA功能。内部有两个12位DAC，DAC的工作由一个控制功能寄存器和4个数据寄存器控制。AD公司提供了一套完整的软件开发工具包，能快速、高效完成应用程序设计、在线编程、加载、仿真和调试。片内程序也可以用第三方提供的编程器编程。

2 ADμC842在数据采集系统中的应用

2.1 系统组成

以ADμC842为核心的分布式数据采集系统框图如图2所示。信号调理电路主要由ADμC842，MAX3140，MAX232三部分组成[3]。信号调理部分主要是对各类传感器送来的微弱信号进行隔离、放大、阻抗变换等[5]，满足ADμC842输入电平及信号大小的要求。ADμC842完成对信号的采集、保持、A/D转换、数据存储、时序控制、数据上传、系统校准等所有功能，集数据采集与微控制器于一体。MAX3140完成ADμC842与上位机或集总控制器的通信。MAX232用于系统程序的在线下载和在线调试。从图2可以看出，系统集成度高、所用元件少、功耗小、抗干扰能力强。

ADμC842数据采集系统原理框图

2.2 ADμC842数据采集系统特点

ADμC842内部ADC的转换包含了一个2.38 μs转换时间，8通道、12位、单电源、A/D转换器、跟踪/保持、片内基准、校准特性以及A/D转换器等功能部件，模块内部的所有部件能方便的通过3个特殊功能寄存器来设置。A/D由电容DAC的常规逐次逼近转换器组成。转换器的输入电压范围为0～VREF。片内提供高精度低漂移并经工厂校准的2.5 V的基准电压。外部基准可在2.3 V～AVDD的范围内。用软件或通过把转换信号加至25脚（CONVST），可启动单步或连续转换模式。通过设置定时器也可产生用于ADC转换的重复信号。将ADC设置成DMA工作模式，在DMA模式下ADC可连续转换，并把采样捕获所得数据存储到外部RAM空间而不需要来自MCU内核任何干预。这种自动捕获功能可以扩展到16 MB外部数据存储空间。来自片内温度传感器的电压，输出正比于绝对温度，它可通过前端多路转换器（实际上是9个ADC通道输入）传送，这方便了温度传感器的实现。

ADμC842片内具有62 KB闪速/电擦除程序空间，不需要外加ROM，由于厂家提供了启动引导程序，因此通过标准UART串行接口，经过MAX232电平转换，可以方便地把程序代码加载到ADμC842中，引脚PSEN通过外部电阻拉到低电平，上电复位时将自动进入串行加载模式，一旦处于此模式，用户就可以把程序代码加载到其程序存储器阵列。同时器件仍处于用户应用硬件环境中，利用PC机在用户板上可进行在线编程、加载、仿真和调试，无需任何开发装置。对于新项目开发与系统的升级非常简便。

内部有4 KB闪速/电擦除数据存储器，分为1 024页，每页4 B，按页读写，预写入数据与读出的数据保存在由一组数据存储器EDATA1-EDATA3中。EADRL保存被访问页的8位地址。ECON是8位的控制寄存器。它可以写入5个闪速/电擦除存储器访问命令之一，可以实现各种读、写、擦除和校验模式。所有的操作用户通过6个特殊功能寄存器访问该区域，在掉电情况下，数据不会丢失，使得系统更加可靠。

ADμC842通过同步串行接口经MAX3140到异步串行数据通信接口RS 485/RS 422[6]，使得在工业环境及强电磁干扰情况下，保证数据传送无误。MAX3140的波特率、数据字长、校验使能和数据字节接收FIFO，通过SPI向MAX3140控制寄存器写入控制字来实现。MAX3140有8 B的FIFO及中断逻辑可节省MCU的时间。支持多点通信即常用的9位模式组成大型的数据采集系统。

3 ADμC842数据采集系统在使用中应注意的

问题

（1） ADC时钟必须在400 kHz～6.7 MHz之间，同时ADC在400 kHz～3 MHz之间有最好的特性，低于400 kHz ADC性能会变坏。

（2） 使用内部基准电压时，VREF和CREF引脚应接0.1 μF到地，内部基准电压将在ADC（经由ADCON1）使能激活，激活后不能立即启动A/D转换，基准电压需要65 ms时间才能到达准确值。

（3） ADμC842有独立的数字、模拟电源与地线引脚。最好保持ADμC842在单电源供电，如果电路板上有两个独立的电源地，为得到好的ADC特性，ADμC842接到较稳定的模拟地。如果两组电源单独供电。DVDD和AVDD之间最大的绝对差值不能超过0.3 V。

4 结 语

ADμC842组成的系统在实际应用中简单快捷，操作升级简单。使其与其他同类系统相比具有开发周期短、体积小、成本低、功能强、符合现代电子技术应用的要求。

参考文献

[1] 李刚.ADμC8XX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] 吴玉平.MCS51微控制器系列用户指南[M].北京：电子工业出版社，1995.

[3] Anon. MAXIM New releases data book [M]. [S.l.]： [s.n.]， 1996.

[4] 孙涵芳.Intel 16位单片机[M].北京：北京航空航天大学出版社，1998.

[5] 党安明，张钦军.传感器与检测技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.

[6] 纪宗南.单片机器件实用手册[M].北京：北京航空航天大学出版社，1998.