［摘　要］　介紹了ADuC824的內部結構和功能，結合K9S2808V0A構成便攜式數據采集儀，并給出了軟、硬件設計的方法。 　　［關鍵詞］　ADuC824；數據采集；便攜式 　　1 前 言 　　數據采集儀可廣泛應用于工業、農業、軍事及日常生活等各個領域。通常對數據采集儀的要求是采集速度快、精度高、存儲容量大、抗干擾能力強，能實時記錄數據采集的時間，儀器操作簡單，攜帶方便，并能靈活選擇數據輸出的方式，而采用普通微控制器組成的數據采集系統很難滿足上述要求。該文介紹一種以數據采集系統芯片ADuC824為核心，配合大容量快閃存儲器K9S2808V0A芯片構成的數據采集儀的軟、硬件設計方法。該采集儀特別適用于野外及環境惡劣的工作場所。 　　2　便攜式數據采集儀的硬件系統組成 　　便攜式數據采集儀的硬件系統組成如圖2－1所示。 　　采集儀采用美國AD公司推出的高性能數據采集系統芯片ADuC824，它可以同時接收多路模擬信號，并能選擇模擬信號的輸入方式（直接輸入或差分輸入），利用分時進行采集，可實時記錄數據采集的時間。外部模擬信號在A－DuC824內部完成多路選擇、緩沖、程控增益放大、低通濾波及模／數轉換。根據模擬信號的特征，采集人員可以通過鍵盤選擇不同的采樣速率、數字濾波器進行數據采樣、抗干擾處理，處理后的數據與時間信息一起直接存入外部大容量快閃存儲器K9S2808V0A中，同時通過LED顯示器顯示。用戶如需進一步分析處理數據，可通過打印機接口外接微型打印機直接打印輸出，也可通過通信接口傳送至上位機，再采用專用軟件對數據進行分類或綜合處理。 　　2．1　ADuC824芯片簡介［1］ 　　ADuC824是美國AD公司出品的高性能微轉換器，是一種具有真正意義的完整的數據采集系統芯片。它在單個芯片內集成了雙路高精度∑-△ADC、溫度傳感器、程控增益放大器PGA、8位MCU、FlashMemory、RAM以及定時器／計數器等功能部件，具有52引腳，采用PQFP（即塑料四方形扁平）封裝，圖2－2是ADuC824的內部功能框圖。它的組成及特點如下： 　　（1）基于8051的內核，指令集與8051兼容；可采用32kHz的晶振工作，利用片內PLL（鎖相環）產生內部所需的工作頻率，MCU內核工作頻率和數據輸出率可編程，輸出精度隨程控增益和輸出數據速率的變化而改變；3個16位的定時器/計數器；26根可編程I/O線；12個中斷源，兩個優先級。 　　（2）8KB片內閃速／電擦除程序存儲器；640B片內閃速／電擦除數據存儲器；片內電荷泵（不需要外部VPP）；256B片內數據RAM；可擴展64KB程序存儲器空間和16MB數據存儲器空間。 　　（3）兩個獨立的∑-△ADC通道，主、輔助通道的分辨率分別為24和16位，具有可編程自校正功能；12位電壓輸出型的數模轉換器（DAC）；片內溫度傳感器；兩個激勵電流源；基準檢測電路；定時間隔計數器（TIC）。 　　（4）采用3V、5V電壓工作；具有正常、空閑和掉電3種工作模式。 　　（5）一個通用UART串行I／O；一個與I2C兼容的二線串口和SPI串口；一個看門狗定時器（WDT）；一個電源監視器（PSM）。 　　2．2　數據采集儀的接口電路［2］ 　　數據采集儀的接口電路包括數據存儲器擴展電路、日歷時鐘電路、鍵盤／顯示電路及打印、通信電路等幾個部分。 　　（1）日歷時鐘接口電路 　　為了實時記錄數據采集的時間，采集儀設計了一個日歷時鐘接口電路。日歷時鐘芯片選用Dallas公司的DS12C887，該芯片采用CMOS工藝，內部集成了芯片工作所需的晶振和鋰電池等相關電路，能夠自動產生世紀、年、月、日、時、分、秒等時間信息，具有功耗低、精度高、工作穩定可靠、外圍接口簡單等優點。DS12C887與ADuC824的接口電路見圖2－3。其中，MOT：模式選擇，此處接地，選擇Intel模式；AD0～AD7：分時復用地址／數據總線；AS：地址選通；／DS：數據讀允許；R／W：數據寫允許；／CS：片選；／RESET：復位。它們分別與ADuC824的P0口、ALE、／RD、／WR、P3．5及＋5V相連。 　　（2）通信、打印接口電路 　　為了實現與上位機（PC機）的通信，選用MAX232芯片組成通信接口電路，MAX232是一種雙路RS－232數據收發器，只需＋5V電源供電，圖2－3是它與ADuC824的接口電路，其中ADuC824的TxD、RxD分別與MAX232的T21N、R20UT相連，而MAX232的T20UT、R2IN接至PC機。 　　打印接口電路可通過ADuC824擴展一片可編程并行I／O接口芯片（如8255）來實現，用以完成采集儀數據的直接打印輸出。 　　（3）數據存儲器擴展電路 　　ADuC824片內雖然包含了640B閃速／電擦除數據存儲器和256B的RAM，但相對說來其容量畢竟有限，不能滿足數據采集儀的要求，因此，系統擴展了16MB的外部數據存儲器。存儲芯片選用三星公司新品大容量閃速存儲器K9S2808V0A。 　　K9S2808V0A為22引腳表面封裝器件，單片容量16MB（16M×8），其突出優點是：命令、地址和數據信息均通過8條I／O線傳輸，尋址內存單元的地址線不作為芯片的引腳，24位地址分3次寫入地址寄存器，譯碼后找到相應的單元，電路連線簡單，可靠性高，圖2－4是它與ADuC824的接口電路。其中，CLE：命令鎖存使能，ALE：地址鎖存使能，CE：片選，RE、WE：讀、寫使能，R／B：操作狀態指示，I／O口：三態，輸入命令、地址和數據以及讀操作時輸出數據，它們分別與ADuC824的P1．1、ALE、P1．0、／RD、／WR、P1．2、P0口相連。K9S2808V0A的各種操作具有共同的特點，即在I／O口上首先發送操作命令到命令寄存器，其后的連續3個周期發送要操作單元的地址。 　　（4）顯示、鍵盤接口電路 　　為了提高數據采集儀的抗干擾性能，節省A－DuC824的資源，接口電路采用鍵盤、顯示專用接口芯片MAX7219構成。MAX7219是美國MAXIM公司推出的多功能串行LED顯示驅動器，采用3線串行接口傳送數據，可直接與ADuC824接口。它內含硬件動態掃描顯示控制，每片可驅動8個LED數碼管，當多片MAX7219級聯時，可控制更多的LED。 MAX7219是共陰極顯示驅動器，其SEGA－G和SEGH為LED七段顯示器段和小數點驅動端，輸出段控信號，DIG0～7為8位數字驅動線，輸出位選信號，DIN為串行數據輸入端，CLK為串行時鐘輸入端，DOUT為串行數據輸出端，在級聯時傳到下一片MAX7219的DIN端，LOAD為裝入數據控制端，ISET端通過一個電阻與電源相連，以提供給LED段的峰值電流。圖2－4是它與ADuC824的接口電路，采集儀可根據實際需要，具體確定LED的位數后，再決定是否選用多片MAX7219進行級聯。圖中，ADuC824的P3．2、P3．3、P3．4分別作為MAX7219的DIN、CLK、LOAD的信號輸入端。 　　鍵盤接口電路同樣使用MAX7219芯片，具體電路不再畫出。鍵盤可設置6個按鍵，即采樣信號A、B、C、D鍵及打印、通信鍵。根據現場采集信號類型的不同，通過A、B、C、D鍵分別選擇不同的采樣速率、數字濾波器來進行數據采集、處理，以提高所得數據的精確度和正確度；通過打印鍵實現數據的直接打印輸出；通過通信鍵完成與上位機的通信。 　　3　便攜式數據采集儀的軟件設計 　　采集儀的軟件包括主程序、子程序及各功能程序，采用模塊化的程序設計方法。主要有以下幾個部分構成： 　　（1）系統初始化模塊：完成ADuC824、DS12C887、K9S2808V0A、MAX7219等可編程芯片的初始化工作； 　　（2）系統自測試及出錯處理模塊：實現采集儀自檢功能，提示系統錯誤信息； 　　（3）顯示、鍵測試模塊：實現日歷時鐘和采集數據的顯示，判別是否有鍵按下以及何鍵被按下； 　　（4）日歷時鐘數據傳送模塊：完成日歷時鐘數據的調用及存儲； 　　（5）數字濾波器模塊：根據模擬信號及干擾信號的不同特征，編制相應的數字濾波程序，實現軟件抗干擾； 　　（6）閃速／電擦除數據存儲器數據輸入、輸出模塊：完成數據的存儲、輸出功能； 　　（7）打印模塊：實現數據的直接打印輸出； 　　（8）通信模塊：實現采集儀與上位機的數據傳送。主程序流程見圖3－1。 　4　結束語 　　ADuC824片內資源豐富，可廣泛應用于智能儀表、智能傳感／變送器、稱重儀器、壓力測量、便攜式儀器等領域，同時ADuC824也代表了當今微控制器的發展趨勢。以ADuC824為核心的便攜式數據采集儀不但具有硬件結構緊湊、功耗低、抗干擾性能好、攜帶方便等優點，而且還具有很高的穩定性、可靠性。 　　［參考文獻］ 　　［1］　李　剛．ADuC8XX系列單片機原理與應用技術［M］．北京：北京航空航天大學出版社，2002． 　　［2］　何立民．MCS－51系列單片機應用系統設計［M］．北京：北京航空航天大學出版社，1999．