基于片上系統芯片的傳感器模塊設計

　　數據采集系統的設計過(guò)程中，輸入數據采集系統的電信號與ADC的輸入范圍并不一定匹配，因而，一般不直接送入ADC進(jìn)行轉換，必需對輸入的信號進(jìn)行信號調理，經(jīng)過(guò)信號調理后的模擬信號符合ADC的要求。將傳感器送來(lái)的信號送入放大器OPA4350，此時(shí)放大器OPA4350形成一個(gè)電壓跟隨器，起到阻抗變換的作用，以增大輸出電流。從放大器輸出的信號輸入ADuC812控制器的AD轉換通道進(jìn)行數據采集。

　　由于A(yíng)DuC812內部只有256字節數據RAM，因此，需外擴大容量RAM，在此選用了IS61C256，擴展了32K數據區?？紤]到ADuC812內部集成了640字節Flash，可以作為電子數據表格的存儲區，所以無(wú)需外擴Flash存儲器。

3.5 在線(xiàn)下載與調試

　　程序存儲器陣列可以按兩種模式之一來(lái)編程:一種是串行下載(在線(xiàn)編程)模式；另一種是并行編程模式。并行編程模式與常規的第三方提供的閃速或EEPROM器件編程器完全兼容，但應用起來(lái)較復雜，需要對ADuC812中支持并行編程所需的外部引腳進(jìn)行配置。所以，在本模塊的開(kāi)發(fā)和調試過(guò)程中采用的是串行下載模式。作為工廠(chǎng)引導代碼的一部分，ADuC812本身具有在線(xiàn)編程的程序，使經(jīng)過(guò)標準UART串行接口實(shí)現串行代碼下載變得容易，只需通過(guò)一個(gè)與地相連的1kΩ電阻將ADuC812的/PSEN引腳拉至低電平，那么上電時(shí)器件將自動(dòng)進(jìn)入串行下載模式。本系統使用圖4的RS-232接口電路，從而實(shí)現上位機與ADuC812的串行接口通信。

　　4 傳感器模塊軟件設計

　　程序軟件是系統的靈魂，系統依靠程序軟件的運行實(shí)現傳感器模塊的所有功能。程序軟件的合理設計可以有效的發(fā)揮擴展系統硬件的功能。本模塊的軟件設計模型的結構化來(lái)自于IEEE1451.2標準的結構。系統的處理器是與51系列單片機兼容的ADuC812，可以采用面向MCS-51的程序設計語(yǔ)言，包括ASM51匯編語(yǔ)言和C51高級語(yǔ)言。與以往的80C51單片機不同，ADuC812具有在線(xiàn)調試和下載功能，它由支持ADuC812的開(kāi)發(fā)工具包Quickstart開(kāi)發(fā)系統來(lái)提供。也就是說(shuō)，在用戶(hù)系統保留ADuC812的情況下，通過(guò)開(kāi)發(fā)系統與ADuC812的串行接口通信，直接對用戶(hù)系統進(jìn)行調試。

　　1、STIM的軟件模塊。

　　STIM必須包含一個(gè)TEDS、控制與狀態(tài)寄存器、通道、中斷標志、地址和函數編譯邏輯、數據傳輸與處理函數，觸發(fā)和觸發(fā)承認函數、一個(gè)TII驅動(dòng)和一個(gè)傳感器接口。IEEE1451.2STIM的軟件分了四個(gè)主要部分:(1)傳感器接口STIM模塊；(2)傳感器獨立接口TII模塊；(3)電子數據表格TEDS模塊；(4)地址與函數功能模塊。

　　2、數據采集程序。

　　為了使數據采集系統得到高精度的數據，不但硬件上需要采取上述的一些抗干擾以及提高精度的措施，如對供電電源進(jìn)行嚴格穩壓處理，對ADC輸入信號進(jìn)行RC高頻濾波，采用高精度、高穩定度的ADC基準源，采用高精度的傳感器等等，同時(shí)軟件上的優(yōu)化也相當重要，合適的軟件設計能進(jìn)一步提高精度，提高數據采集系統整體性能。

　　3、TEDS下載程序。

　　本系統的TEDS下載程序是RS232串行通訊程序，分為單片機程序和上位機程序兩部分組成。這里研究單片機程序的開(kāi)發(fā)。PC機和單片機之間要實(shí)現串行通信，除了要遵守RS232串行通訊協(xié)議外，還必須具有各自的通信應用軟件。通信軟件的設計思路是：PC機為主動(dòng)方式，在通訊開(kāi)始后由PC機向單片機發(fā)送請求，單片機返回應答信號，通訊正常后，單片機根據PC機發(fā)送來(lái)的命令，執行相應功能并應答。單片機流程圖如圖5。

　　5 系統測試

　　本測試系統的大體設計思路是：以ADuC812作為下位機，當接收到上位機的指令采集數據，通過(guò)串口將采集到的數據傳給上位機，上位機將得到的測試數據很容易被轉化成直觀(guān)的圖表等形式，并可以保存于計算機中以便將來(lái)使用。本系統需要為單片機和上位機分別編制軟件，以實(shí)現數據的溝通，本系統采用VB來(lái)編寫(xiě)上位機的程序，用匯編語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)ADuC812的程序。由于VB具有MSCOMM控件，我們可以很方便地用串口來(lái)采集所需要的數據。而且，VB的程序通俗易懂，移植性較強，開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單、周期短，繪圖功能強大，特別適合應用到需要繪制曲線(xiàn)的系統。

　　本文作者創(chuàng )新點(diǎn): 本文對研制的傳感器模塊進(jìn)行了全面的介紹，本系統的研究為IEEE1451網(wǎng)絡(luò )化智能傳感器的研究奠定了一定的基礎，為開(kāi)發(fā)各種標準化的IEEE1451傳感器模塊STIM提供了范例。