基于片上系統芯片的傳感器模塊設計
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傳感器模塊(STIM)原理框圖如圖1所示，主要包括：變送器陣列模塊、信號調理模塊、多通道數據采集模塊、TEDS模塊及TII智能接口等部分。為了增強系統的集成度，設計采用了集成式的片上數據采集系統ADuC812。
傳感器的輸出信號經(jīng)調理模塊放大調理，輸入至ADuC812片內的多通道ADC，ADC對相應通道模數轉換后，存儲于RAM中，然后通過(guò)TII智能接口將數據讀入NCAP。為了方便TEDS內容的升級與更新，系統采用異步串行口來(lái)下載電子數據表格至ADuC812的片內Flash。此外，異步串行口還可用來(lái)下載和調試用戶(hù)程序，方便系統開(kāi)發(fā)。
3 傳感器系統硬件詳細設計
3.1 STIM傳感器前端信號采集電路設計
溫度傳感器采用AD公司的AD590芯片實(shí)現的，它是單片集成兩端感溫電流源。其電路原理圖如圖2所示，其中R1=5.1KΩ，R2=R3=10KΩ，R4=2KΩ，R5和R6分別選10KΩ的電位器。AD590受溫度變化產(chǎn)生電流信號時(shí)，在電阻R1兩端產(chǎn)生電勢差，從而在運放輸入端產(chǎn)生電壓信號，由加法電路進(jìn)行調節零點(diǎn)漂移；由運放OP07進(jìn)行比例放大，放大倍數由電位器R6調節，使測試溫度范圍在0~65℃，輸出電壓相應為0~2.5V。
3.2 復位電路設計
ADuC812需要外接POR(Power-on reset，上電復位)電路。上電復位電路在電源電壓低于2.5V時(shí)，要使RESET引腳保持高電平；而且，在電源電壓高于2.5V時(shí)，RESET引腳保持低電平至少10ms。在本模塊中采用專(zhuān)門(mén)的POR芯片ADM810設計的POR電路。ADM810是CMOS監控電路芯片，能夠監控電源電壓、電源故障和微處理器的工作狀態(tài)。復位信號RESET用于啟動(dòng)或重新啟動(dòng)CPU，在上電期間只要電源電壓VCC大于1.0V，就能保證輸出高電平電壓。在VCC上升期間RESET保持高電平直到電源電壓升至復位門(mén)(4.65V)以上，在超過(guò)此門(mén)限后，內部定時(shí)器大約再維持200ms后釋放RESET，使其返回低電平。無(wú)論何時(shí)，只要電源電壓降低到復位門(mén)限以下(即電源跌落)，RESET引腳就會(huì )變高，如果在已經(jīng)開(kāi)始的復位脈沖期間出現電源跌落，復位脈沖至少再維持140ms。在掉電期間，一旦電源電壓VCC降到復位門(mén)限以下，只要VCC不比1.0V還低，就能使RESET維持高電平。
3.3 TII接口模塊
TII接口是硬件設計的重點(diǎn)，該接口不是一種額外的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，而是連接NCAP和STIM的接口，主要定義二者之間的點(diǎn)對點(diǎn)連接，同步時(shí)鐘的短距離接口。TII是基于SPI協(xié)議的串口通信接口，其中DIN，DOUT，DCLK和NIOE完成通訊功能，NTRIG和NACK實(shí)現與STIM有關(guān)的通道讀寫(xiě)、觸發(fā)和應答，STIM使用NINT信號要求從NCAP得到服務(wù)，NCAP使用NSDET信號檢測STIM模塊，實(shí)現STIM的即插即用。系統采用ADuC812的SPI總線(xiàn)和其它的I/O資源來(lái)模擬實(shí)現TII十線(xiàn)接口。連接示意圖如圖3所示。為了實(shí)現STIM模塊的熱插拔，需對TII接口的供電電源進(jìn)行處理，可以在STIM方面加入熱插拔保護電路，當然也可以在NCAP方面加入保護電路。本系統在NCAP方面加入了保護電路。
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