ADuC812在井下油氣壓力存儲測試系統中的應用設計
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ADuC812是美國ADI(Analog Device Inc)公司生產(chǎn)的高性能單片機，是全集成的12位數據采集系統。它在芯片內集成了高性能的自校準多通道ADC（8通道12位高精度）、2個(gè)12位DAC以及可編程的8位MCU（與8051兼容）。片內有8kB的閃速/電擦除程序存儲器和在線(xiàn)下載/調試/編程的功能、640B的閃速/電擦除數據存儲器、256B片內數據存儲器以及與8051兼容的內核。另外MCU支持的功能包括看門(mén)狗定時(shí)器、電源監視器以及ADC DMA功能。同時(shí)為多處理器接口和I/O擴展提供了32條可編程的I/O線(xiàn)、與I 2C兼容的串行口、SPI串行接口和標準UART串行接口。MCU內核和模擬轉換器均有正常、空閑和掉電工作模式，在工業(yè)溫度范圍內器件可在3V和5V兩種電壓下工作，提供了適合于低功耗應用的靈活的電源管理方案。
2 系統的結構和主要特點(diǎn)
ADuC812單片機的結構框圖如圖1所示，主要特點(diǎn)如下：
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（1）具有高速（200kSPS）8通道12位高精度的ADC，片內40×10－6/℃電壓基準，片內集成溫度傳感器。ADuC812單片機的ADC有三種工作模式：用軟件或通過(guò)把轉換信號加至外部引腳 convst可以執行單步或連續轉換模式；用定時(shí)器T2產(chǎn)生A/D轉換的觸發(fā)信號執行單步或連續轉換模式；配置ADC工作在DMA模式。在DMA模式，ADC連續采樣并把采樣結果自動(dòng)寫(xiě)到預定的外部 RAM空間，而不需要來(lái)自MCU核的任何干預。這種模式可以實(shí)現200 kSPS高速A/D轉換，DMA模式尤其適用于要求高速采樣數據流的存儲測試系統。
（2）DPP數據頁(yè)指針可以訪(fǎng)問(wèn)最大為16MB的大容量外部數據存儲器。ADuC812具有擴展64kB的程序存儲器和16MB的數據存儲器。圖2為擴展 16MB數據存儲器的接口電路。P0作為分時(shí)復用的地址/數據總線(xiàn)，它先送出數據指針的低位字節（DPL）作為低位地址，由ALE鎖存到低位地址鎖存器，然后給出數據（寫(xiě)操作時(shí)）或變?yōu)楦咦钁B(tài)（讀操作時(shí)），由SRAM把數據加載到數據總線(xiàn)。P2口在P0口送出數據指針的低位字節的同時(shí)，它送出數據指針頁(yè)字節（DPP），并由ALE鎖存到高位地址鎖存器，然后給出數據指針的高位字節（DPH）作為中位地址。當P2口沒(méi)有外接鎖存器時(shí)，DPP被忽略，ADuC812同8051一樣訪(fǎng)問(wèn)外部64kB數據存儲器。
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（3）ADuC812可以工作在低電壓、低功耗的省電模式。它可以在3V或5V電壓下工作，具有正常、空閑和掉電模式。通過(guò)軟件可以控制芯片從正常模式切換到空閑模式，也可以切換到掉電（關(guān)閉）模式。在空閑模式下，振蕩器繼續工作，但不與芯片內核接通，芯片上外設可接收時(shí)鐘信號并處于激活狀態(tài)。在掉電模式，振蕩器停止工作，所有片上外設被關(guān)閉，芯片在接收到硬件復位信號或重新上電時(shí)，將從掉電模式恢復到正常工作模式。在掉電模式下，ADuC812消耗的總電流約為5uA。
3 在存儲測試系統中的應用
由于A(yíng)DuC812單片機具有高速高精度ADC轉換、靈活的電源管理方案和可訪(fǎng)問(wèn)大容量外部數據存儲器等性能，所以在存儲測試系統設計中， ADuC812單片機為首選。圖3為井下油氣壓力存儲測試系統功能圖。該系統由主機模塊、電源模塊、電源監測模塊、數據采集模塊、數據傳輸模塊和數據處理分析模塊組成。主機模塊為系統核心部分，它由ADuC812單片機、復位電路、時(shí)鐘振蕩電路、地址鎖存器和外部RAM芯片組組成。電源模塊是由升壓電路、穩壓電路和反饋電路組成。鋰電池組向電源模塊輸入7.2V電壓，電源模塊向數據采集模塊輸出+12V電壓和向整個(gè)系統提供+5V穩定的工作電壓。電源監測模塊由監測電路和指示電路組成，它不時(shí)地監測電源的輸出，當低于正常范圍時(shí)，及時(shí)通知單片機保存有關(guān)數據，關(guān)閉有關(guān)端口，發(fā)出電源低的指示，系統進(jìn)入掉電工作模式。數據采集模塊由量程為0~100MPa的壓力傳感器、校正電路和信號運算放大器組成，完成數據的采集、放大功能。數據傳輸模塊由專(zhuān)用的PC232接口轉換電路組成，這是單片機與微機數據傳輸的通道。數據處理分析模塊具有數據過(guò)濾功能、數據比較功能、圖表顯示功能、圖表編輯功能、圖表打印功能和自動(dòng)生成測試報告功能。
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在該存儲測試系統中，觸發(fā)點(diǎn)的選擇是關(guān)鍵點(diǎn)，也是系統的技術(shù)難點(diǎn)。深井油氣壓力的測試要求測試系統必須在穿甲彈引爆的瞬間能準確地跟蹤油氣壓力的變化，并實(shí)時(shí)地記錄下該時(shí)段的壓力變化。觸發(fā)點(diǎn)過(guò)早地啟動(dòng)，由于受到存儲空間的制約，勢必丟失一部分實(shí)用數據；觸發(fā)點(diǎn)啟動(dòng)滯后，必將丟失引爆瞬間重要的油氣壓力峰值，導致測試失敗。所以說(shuō)，在存儲測試系統中觸發(fā)點(diǎn)的控制尤為重要（限于篇幅，不詳述）。ADuC812單片機在采樣時(shí)工作在DMA模式。
4 結束語(yǔ)
在研制井下油氣壓力存儲測試系統的過(guò)程中，對單片機的選型查閱了大量的中、英文資料，最終選定ADuC812作為該系統的單片機，它不僅封裝體積小，而且測試系統所需的高性能硬件和功能幾乎都集成在片內，經(jīng)使用系統穩定、可靠。
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