Design of Temperature Examination System Based on ADμC8 12

ZOU Lihua

(College of Information and Electrical Engineering, Zhejiang Gongshan g University,
Hangzhou 310035, China)

　　Key words: MCU; software design; temperature examination

　　本系統(tǒng)以ADμC812單片機(jī)為處理核心，分為溫度傳感、信號(hào)處理(差分放大、采樣保持)、系統(tǒng)復(fù)位、LED顯示、串行數(shù)據(jù)通信、上位機(jī)控制等6個(gè)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(guò)差分放大模塊將信號(hào)先放大再保持處理，接著將兩路模擬信號(hào)(電壓)送至ADμC812的P1.0、P1.1管腳進(jìn)行內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器采樣得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，最后通過(guò)芯片內(nèi)部處理由LED串行顯示模塊將具體值顯示出來(lái)并發(fā)送給上位機(jī)。

　　由于設(shè)計(jì)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(dān)負(fù)以下3種功能：
　　(1)采樣各通道的模擬量并進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。(2)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)LED顯示。(3)檢測(cè)通信口狀態(tài)，接到通信 握手信號(hào)時(shí)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。

　　由美國(guó)模擬器件公司推出的ADμC812單片機(jī)，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(jī)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(chǔ)器、640單元閃速/電擦除數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、256個(gè)單元數(shù)據(jù)SRAM(支持可編程)。
　　MCU支持的功能包括看門(mén)狗定時(shí)器、電源監(jiān)視器以及ADC DMA功能。為多處理器接口和I/O擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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。

　　硬件設(shè)計(jì)的模塊大致可以分為溫度信號(hào)傳感，信號(hào)的處理，采樣保持，LED實(shí)時(shí)顯示，單片機(jī)采樣控制及與計(jì)算機(jī)之間的通信等。
　　溫度檢測(cè)電路是整個(gè)系統(tǒng)最基本的一個(gè)模塊，它主要檢測(cè)所測(cè)環(huán)境的溫度和為后續(xù)電路提供處理信號(hào)。通過(guò)溫度傳感器鉑電阻，將溫度變化信號(hào)轉(zhuǎn)變成相應(yīng)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(guān)系近似為線性，它的變化幅度大約為0.388Ω/℃。
　　為了提高整個(gè)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(hào)對(duì)芯片正常工作的影響。用MAX813L作為主芯片的復(fù)位之用，更好的保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。圖2所示的電路可以保證ADμC812在上電時(shí)正常復(fù)位，掉電時(shí)正常關(guān)閉，在非完全掉電和電源低落時(shí)也能給出正常、合適的響應(yīng)。

　　RxD和TxD通過(guò)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(jī)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(méi)有集成ESD保護(hù)電路，所以需要外接0.1μF的電容構(gòu)成外部保護(hù)電路。

　　在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，主要分為兩部分：一是ADμC812的單片機(jī)程序，主要承擔(dān)終端的信號(hào)采集處理，把有關(guān)數(shù)據(jù)傳送至計(jì)算機(jī)，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)信息集中處理與控制；二是計(jì)算機(jī)上的上位機(jī)程序，以實(shí)現(xiàn)有效的協(xié)調(diào)、管理和控制各終端運(yùn)行(如圖4所示)。

　　(1)主程序框圖
　　開(kāi)機(jī)初始化(堆棧指針設(shè)置，A/D采樣控制寄存器設(shè)置初始化，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示清零等)，ADμC812等待上位機(jī)發(fā)送啟動(dòng)采集數(shù)據(jù)的命令和選擇終端采集通道，一旦握手信號(hào)建立，系統(tǒng)便開(kāi)始進(jìn)入預(yù)定狀態(tài)，采集外界信號(hào)；若握手不成功則通過(guò)串行口通知計(jì)算機(jī)發(fā)送命令失敗。主程序的流程圖如圖5所示。

　　使用高級(jí)語(yǔ)言Delphi7通過(guò)調(diào)用API函數(shù)與單片機(jī)ADμC812通信。由于沒(méi)有使用硬件握手聯(lián)機(jī)，所以在上位機(jī)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(jī)，讓單片機(jī)開(kāi)始數(shù)據(jù)采 樣，然后再發(fā)送讓單片機(jī)傳遞數(shù)據(jù)的命令，同時(shí)計(jì)算機(jī)便開(kāi)始接收，這樣實(shí)現(xiàn)了兩者之間的同步。上位機(jī)程序的流程圖如圖6所示。

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　　根據(jù)測(cè)試得到的部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證說(shuō)明，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不管在單、雙通道采樣控制，還是在實(shí)時(shí)處理顯示精度上，都取得了理想的效果。