基于A(yíng)Tt i n y 1 3的模擬量隔離采集

1 概 述
在工控應用中，模擬信號采集通常需要采用隔離技術(shù)，以避免大型電氣設備啟合或切換過(guò)程中造成的電源和地線(xiàn)波動(dòng)影響弱電控制系統。常見(jiàn)的模擬量隔離方法主要有隔離放大器、電磁隔離和光電隔離3種方式。隔離放大器，精度很好，但成本高；電磁隔離，設備體積較大，精度較差。
光電隔離技術(shù)是一種非常有效的抗干擾手段。光耦作為常見(jiàn)的光電隔離器件，主要用于數字量隔離傳輸。如果使用光耦傳輸模擬量，那么要求光耦的非線(xiàn)性度非常小，以保證輸入的模擬信號的線(xiàn)性，絕大部分的光耦都很難達到。為了實(shí)現對模擬量的光電隔離采集，必須先進(jìn)行模／數(A／D)轉換，才能將轉換后的數字量經(jīng)由光耦傳遞給下一級電路。
傳統方法，直接使用A／D芯片進(jìn)行模／數轉換，然后經(jīng)光耦傳輸。按接口形式，A／D芯片可分并行和串行訪(fǎng)問(wèn)2種方式。并行A／D芯片采集精度越高，并行數據線(xiàn)占用的光耦數目越多，而且需要配以控制A／D轉換操作相應的隔離信號，這種方式接線(xiàn)多，占用資源也多；串行A／D芯片可以節省不少光耦，但需要復雜的時(shí)序才能完成對A／D的讀寫(xiě)操作。
本文提出一種使用集成A／D的微型單片機AT-tiny13進(jìn)行模擬量隔離采集，使用單根數據線(xiàn)完成數據傳輸。模擬量隔離采集采用了簡(jiǎn)化的UART通信方式，即單工通信方式，只需要發(fā)送線(xiàn)TXD，無(wú)需接收線(xiàn)RXD。這樣，單根數據線(xiàn)就能承擔發(fā)送A／D轉換值任務(wù)，接收方只要具備硬件UART或軟件UART(接收)，就可以輕松獲取隔離模擬量值。

2 ATtiny13簡(jiǎn)介
ATtiny13具有1 KB Flash，64字節EEPROM，64字節SRAM，6個(gè)通用I／O口線(xiàn)，32個(gè)通用工作寄存器，1個(gè)具有比較模式的8位定時(shí)器／計數器，片內／外中斷，以及4路10位ADC。

3 硬件設計
模擬量隔離采集電路如圖1所示。ATtiny13有2路10位ADC可控選擇，本設計中只使用了1路ADC。光耦PC817用于傳輸A／D轉換值。CLKI代表從外部引入的時(shí)鐘源。

4 軟件UART
ATtiny13內部沒(méi)有集成UART功能。為了彌補這一缺陷，可以使用軟件控制I／O引腳模擬UART功能，按照設定的采集速率將A／D轉換值經(jīng)光耦隔離輸出。
4．1 異步串行協(xié)議
采用UART異步串行協(xié)議通信時(shí)，數據按順序逐位輸出。接收方通過(guò)監測起始位(低電平有效)和停止位(高電平有效)來(lái)判斷一幀信息的起始與結束。數據幀中還可包括若干數據位和奇偶校驗位。異步串行協(xié)議的起始位與停止位必須使用，其余各位可調整位長(cháng)度。異步串行協(xié)議格式如下：

本文定義幀格式為：起始位(1位)，數據位(5位)，無(wú)奇偶校驗位，停止位(1位)。ATtiny13自帶精度為10位的A／D轉換器，而數據位設定為5位寬度，所以需要連續發(fā)送2次異步串行通信幀，才能將一次A／D轉換值傳送完整。按照高位先出的方法，前1次發(fā)送A／D轉換值的高5位，后1次發(fā)送低5位。