基于片上系統(tǒng)芯片的傳感器模塊設(shè)計

　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計過程中，輸入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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(zhuǎn)換，必需對輸入的信號進(jìn)行信號調(diào)理，經(jīng)過信號調(diào)理后的模擬信號符合ADC的要求。將傳感器送來的信號送入放大器OPA4350，此時放大器OPA4350形成一個電壓跟隨器，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(zhuǎn)換通道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

　　由于ADuC812內(nèi)部只有256字節(jié)數(shù)據(jù)RAM，因此，需外擴(kuò)大容量RAM，在此選用了IS61C256，擴(kuò)展了32K數(shù)據(jù)區(qū)?？紤]到ADuC812內(nèi)部集成了640字節(jié)Flash，可以作為電子數(shù)據(jù)表格的存儲區(qū)，所以無需外擴(kuò)Flash存儲器。

3.5 在線下載與調(diào)試

　　程序存儲器陣列可以按兩種模式之一來編程:一種是串行下載(在線編程)模式；另一種是并行編程模式。并行編程模式與常規(guī)的第三方提供的閃速或EEPROM器件編程器完全兼容，但應(yīng)用起來較復(fù)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，在本模塊的開發(fā)和調(diào)試過程中采用的是串行下載模式。作為工廠引導(dǎo)代碼的一部分，ADuC812本身具有在線編程的程序，使經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)UART串行接口實(shí)現(xiàn)串行代碼下載變得容易，只需通過一個與地相連的1kΩ電阻將ADuC812的/PSEN引腳拉至低電平，那么上電時器件將自動進(jìn)入串行下載模式。本系統(tǒng)使用圖4的RS-232接口電路，從而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與ADuC812的串行接口通信。

　　4 傳感器模塊軟件設(shè)計

　　程序軟件是系統(tǒng)的靈魂，系統(tǒng)依靠程序軟件的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)傳感器模塊的所有功能。程序軟件的合理設(shè)計可以有效的發(fā)揮擴(kuò)展系統(tǒng)硬件的功能。本模塊的軟件設(shè)計模型的結(jié)構(gòu)化來自于IEEE1451.2標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的處理器是與51系列單片機(jī)兼容的ADuC812，可以采用面向MCS-51的程序設(shè)計語言，包括ASM51匯編語言和C51高級語言。與以往的80C51單片機(jī)不同，ADuC812具有在線調(diào)試和下載功能，它由支持ADuC812的開發(fā)工具包Quickstart開發(fā)系統(tǒng)來提供。也就是說，在用戶系統(tǒng)保留ADuC812的情況下，通過開發(fā)系統(tǒng)與ADuC812的串行接口通信，直接對用戶系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。

　　1、STIM的軟件模塊。

　　STIM必須包含一個TEDS、控制與狀態(tài)寄存器、通道、中斷標(biāo)志、地址和函數(shù)編譯邏輯、數(shù)據(jù)傳輸與處理函數(shù)，觸發(fā)和觸發(fā)承認(rèn)函數(shù)、一個TII驅(qū)動和一個傳感器接口。IEEE1451.2STIM的軟件分了四個主要部分:(1)傳感器接口STIM模塊；(2)傳感器獨(dú)立接口TII模塊；(3)電子數(shù)據(jù)表格TEDS模塊；(4)地址與函數(shù)功能模塊。

　　2、數(shù)據(jù)采集程序。

　　為了使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到高精度的數(shù)據(jù)，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(yán)格穩(wěn)壓處理，對ADC輸入信號進(jìn)行RC高頻濾波，采用高精度、高穩(wěn)定度的ADC基準(zhǔn)源，采用高精度的傳感器等等，同時軟件上的優(yōu)化也相當(dāng)重要，合適的軟件設(shè)計能進(jìn)一步提高精度，提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體性能。

　　3、TEDS下載程序。

　　本系統(tǒng)的TEDS下載程序是RS232串行通訊程序，分為單片機(jī)程序和上位機(jī)程序兩部分組成。這里研究單片機(jī)程序的開發(fā)。PC機(jī)和單片機(jī)之間要實(shí)現(xiàn)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(yīng)用軟件。通信軟件的設(shè)計思路是：PC機(jī)為主動方式，在通訊開始后由PC機(jī)向單片機(jī)發(fā)送請求，單片機(jī)返回應(yīng)答信號，通訊正常后，單片機(jī)根據(jù)PC機(jī)發(fā)送來的命令，執(zhí)行相應(yīng)功能并應(yīng)答。單片機(jī)流程圖如圖5。

　　5 系統(tǒng)測試

　　本測試系統(tǒng)的大體設(shè)計思路是：以ADuC812作為下位機(jī)，當(dāng)接收到上位機(jī)的指令采集數(shù)據(jù)，通過串口將采集到的數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)，上位機(jī)將得到的測試數(shù)據(jù)很容易被轉(zhuǎn)化成直觀的圖表等形式，并可以保存于計算機(jī)中以便將來使用。本系統(tǒng)需要為單片機(jī)和上位機(jī)分別編制軟件，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的溝通，本系統(tǒng)采用VB來編寫上位機(jī)的程序，用匯編語言來編寫ADuC812的程序。由于VB具有MSCOMM控件，我們可以很方便地用串口來采集所需要的數(shù)據(jù)。而且，VB的程序通俗易懂，移植性較強(qiáng)，開發(fā)簡單、周期短，繪圖功能強(qiáng)大，特別適合應(yīng)用到需要繪制曲線的系統(tǒng)。

　　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(tǒng)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(chǔ)，為開發(fā)各種標(biāo)準(zhǔn)化的IEEE1451傳感器模塊STIM提供了范例。