高性能單片機(jī)ADuC824及其在智能傳感器中的應(yīng)用

介紹了單片機(jī)ADuC824的性能特點(diǎn)和用于智能傳感器時(shí)的功能實(shí)現(xiàn)方案，給出了ADuC824在DTP型智能壓力傳感器上的應(yīng)用實(shí)例。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)，ADuC824，智能傳感器
　　

1　引　言
　　測(cè)控系統(tǒng)向自動(dòng)化、智能化方向不斷發(fā)展，這不僅對(duì)傳感器的準(zhǔn)確性、可靠性、穩(wěn)定性要求越來(lái)越高，而且要求傳感器應(yīng)具備一定的數(shù)據(jù)處理能力，能夠進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)校準(zhǔn)和自動(dòng)誤差補(bǔ)償。傳統(tǒng)的傳感器已不能滿(mǎn)足這樣的需要，而且僅靠改進(jìn)材料工藝也很難滿(mǎn)足要求。
　　計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展使傳感器技術(shù)發(fā)生了巨大變革，由微處理器和傳感器相結(jié)合，產(chǎn)生了功能強(qiáng)大的智能傳感器（Intelligent Sensor／SmartSensor）。所謂智能傳感器，就是一種帶有微處理器（或單片機(jī)）的，兼有信息檢測(cè)，信號(hào)處理，信息記憶，邏輯思維與判斷功能的傳感器。在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，智能傳感器的智能化和集成化將成為其發(fā)展的兩個(gè)重要方向。而智能傳感器的智能化和集成化的程度將主要取決于與之相結(jié)合的微處理器的性能。
　　ADuC824是美國(guó)AD公司新推出的一款非常靈活的高性能的單片機(jī)。將它與傳感器相結(jié)合，可以構(gòu)成高集成的智能傳感器。
2　ADuC824的性能特點(diǎn)簡(jiǎn)介
　　ADuC824是一個(gè)片內(nèi)資源非常豐富的單片機(jī)，其卓越的性能源于各種資源的獨(dú)自特點(diǎn)，主要表現(xiàn)為：它以便于進(jìn)行軟件編程的8051為內(nèi)核；集高分辨率的、具有24位／16位無(wú)丟失碼、可直接接收來(lái)自傳感器微弱信號(hào)的雙路Σ－ΔADC，溫度傳感器，增益可編程放大器（PGA），8位MCU（Micro ProgrammedControl Unit），閃速／電擦除存儲(chǔ)器（Flash／EEProgram Memory），看門(mén)狗定時(shí)器（WDT），電源監(jiān)視器（PSM），以及SPI（SerialPeripheralInterface）和I2C（Inter Integrated Circuit）總線(xiàn)接口等資源于一身。ADuC824是一個(gè)完全可編程的、自校準(zhǔn)、高精度的數(shù)據(jù)采集芯片。
3　ADuC824在智能傳感器中的應(yīng)用
　　如上所述，ADuC824是一個(gè)高度集成的高性能微轉(zhuǎn)換器，其片內(nèi)豐富的資源使其成為功能十分強(qiáng)大的高精度、寬動(dòng)態(tài)范圍的全集成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。符合IEEE1451．2標(biāo)準(zhǔn)的ADuC824在智能傳感器領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
3．1　硬件設(shè)計(jì)方案
智能傳感器主要由傳感器、微處理器及其相關(guān)電路組成，其典型的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　其工作原理是，傳感器將被測(cè)的物理量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，送到信號(hào)調(diào)理電路中，進(jìn)行濾波、放大、模－數(shù)轉(zhuǎn)換后，送到微處理器中。微處理器是智能傳感器的核心，它不但可以對(duì)傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理，還可以通過(guò)反饋回路對(duì)傳感器進(jìn)行調(diào)節(jié)?？梢?jiàn)，微處理器的自身性能和集成極大地決定了智能傳感器的多功能化和集成化程度。
　　圖1中的信號(hào)調(diào)理電路和輸出接口獨(dú)立于微處理器之外，不但影響智能傳感器的精度，而且不易于實(shí)現(xiàn)智能傳感器的進(jìn)一步集成。
　　現(xiàn)采用單片機(jī)ADuC824來(lái)構(gòu)成智能傳感器，由于它可直接接收來(lái)自傳感器的微弱信號(hào)且集成度高、體積小（約1cm2大小，可直接放在傳感器上），因此，可以大大簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)智能傳感器的高度集成。同時(shí)，充分利用各種軟件的功能，可以完成硬件難以完成的任務(wù)，從而大大降低傳感器制造的難度，提高傳感器的性能，降低成本。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3．2　ADuC824在智能壓力傳感器中的應(yīng)用實(shí)例
　　圖3是DSSP（Digital Sensor Signal Processing，數(shù)字傳感器信號(hào)處理）結(jié)構(gòu)的DTP（DigitalTemperature Pressure，數(shù)字溫度壓力）型智能壓力傳感器的結(jié)構(gòu)框圖。

　　DTP型智能壓力傳感器的硬件電路分為4大部分：電源模塊，傳感器模塊，CPU模塊和數(shù)據(jù)輸出模塊。
　　電源模塊的功能是為集成芯片提供5V的工作電壓。
　　傳感器模塊用來(lái)將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號(hào)。其中，主傳感器為壓力傳感器，它的作用是測(cè)量被測(cè)壓力參數(shù)；輔助傳感器為溫度傳感器和環(huán)境壓力傳感器。溫度傳感器的作用是檢測(cè)主傳感器工作時(shí)，由于環(huán)境溫度變化或被測(cè)介質(zhì)溫度變化而使其壓力敏感元件發(fā)生的溫度變化，以便根據(jù)其溫度變化修正與補(bǔ)償溫度變化對(duì)測(cè)量帶來(lái)的誤差。而環(huán)境壓力傳感器的作用是測(cè)量工作環(huán)境大氣壓變化，以便修正大氣壓變化對(duì)測(cè)量的影響?？梢?jiàn)，這種智能式傳感器需要具有較強(qiáng)的自適應(yīng)能力，并可以判斷工作環(huán)境因素的變化，進(jìn)行必要的修正，保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。
數(shù)據(jù)輸出模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。CPU模塊是整個(gè)傳感器的核心。
　　在智能壓力傳感器中，CPU、A／D、D／A、EEPROM、WDT等芯片及其片外設(shè)備是必不可少的。由于ADuC824不僅將這些功能高度集成到一塊芯片上，還集成了片內(nèi)外設(shè)SPI和I2C串行接口，可以用RS－232指令格式傳輸數(shù)據(jù)，且其ADC可以直接接收來(lái)自傳感器的微弱信號(hào)，因此，用單獨(dú)一片ADuC824即可同時(shí)實(shí)現(xiàn)原CPU模塊和數(shù)據(jù)輸出模塊的全部功能，完成對(duì)傳感器輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行放大、處理、存儲(chǔ)和計(jì)算機(jī)通信。
　　圖4為ADuC824與傳感器模塊及上位機(jī)的接口電路，ADuC824中的兩個(gè)獨(dú)立的主、輔ADC可以同時(shí)直接接收來(lái)自主、輔傳感器的信號(hào)。若有多個(gè)輔助傳感器（如溫度傳感器、環(huán)境壓力傳感器等），則可通過(guò)多路器與輔助ADC連接，利用定時(shí)中斷進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。該系統(tǒng)以UART方式，通過(guò)RS－232標(biāo)準(zhǔn)接口與上位機(jī)通信。

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