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          MSC1211在智能壓力傳感器系統(tǒng)中的應用

          作者: 時間:2005-06-02 來源:網絡 收藏

          摘要:是德州儀器公司(TI)新近推出的一款功能強大的帶24位Σ-Δ A/D轉換和16位D/A轉換的微處理器。文中詳細介紹了的特點和性能,給出了它在智能壓力傳感器系統(tǒng)上的應用實例。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/164192.htm

          關鍵詞:;;;D/A轉換器

          在信息高速發(fā)展的今天,,,能夠進行自動檢測、自動校準、自動誤差補償、自動抽樣、以及標度變換功能的智能壓力傳感器已成為國內外開發(fā)和研究的熱點。

          MSC1211是美國德州儀器公司(TI)新推出的一款非常靈活的高性能低功耗單片機,該器件內含24位Σ-Δ A/D轉換器和16位D/A轉換器。將MSC1211單片機與硅壓阻式傳感器相結合便可以構成高集成度、高精確度、高可靠性的小型化智能壓力傳感器。

          圖1

          1 MSC1211的功能特點

          MSC1211系列微處理器是高集成混合信號元器件,其內部結構如圖1所示。

          1.1 MSC1211中的A/D轉換器設置

          MSC1211的片上A/D轉換器是高集成度、八通道差分和單通道24位Σ-Δ A/D轉換器,其內部包括儀表放大器、可編程增益放大器、多路轉換開關、數字濾波?1?、數據處理及信號校準電路。該芯片自帶高精度標準電壓,精度為0.2%?漂移為5×10-6/℃?因此可以節(jié)省空間及降低器件成本,也可輸出該標準電壓或外接標準電壓,從而對外部傳感器輸出的0~100mV微信號進行采集。 在利用MSC1211的片上A/D進行采樣時,需要設置的寄存器為多路開關寄存器(ADMUX)、模數轉換控制寄存器(ADCON0~ADCON3)、總和移位寄存器(Summation/Shift Control)以及ADC偏移量設置寄存器(OCL~OCH)。ADCON0決定了內部放大器的增益和AD轉換的參考電壓等。ADCON1確定了AD轉換結果的極性、數字濾波方法和計算模式控制位。ADCON2~3用來設定AD轉換輸出數據的速率??偤鸵莆患拇嫫饔脕碓O定一次輸出需要進行采樣的個數(如可以設置為進行8次AD轉換后取平均值),然后輸出數據。ADC偏移量設置寄存器用來存放零點偏移,以便于進行校正。

          1.2 MSC1211中的D/A轉換器的設置

          相對于A/D轉換而言,D/A轉換器的設置非常簡單。只需要配置4個D/A轉換寄存器(DAC0~DAC3)和DAC裝載控制寄存器。D/A轉換寄存器控制著相應的電壓輸出方式和參考電壓。裝載控制寄存器用來控制D/A數據的裝載方式。

          1.3 FLASH存儲器 壓力信號可由微控制器設置為數字輸出模式或模擬輸出模式,這使得它可作為一個標準模擬裝置而不需要連接數字通訊線路;而作為一個智能型數字輸出傳感器時,它可以進行雙向通訊。該系統(tǒng)通過RS-232標準接口與上位機通信,如:向上位機(主機)發(fā)送測量到的數據,接收上位機發(fā)來的控制指令,進行參數設置及校準操作。與上位機的通訊指令采用不定長的ASC代碼指令,用不同的信令頭(SOT)代表不同的控制,并有CRC糾錯以保證數據正確傳輸,信令有統(tǒng)一的結束碼(EOT)。

          MSC1211系列微處理器的FLASH存儲器容量從4kB到32kB,其中MSC1211Y5的存儲器容量高達32kB。用戶在使用時可以通過硬件配置寄存器(HCR0)的低3位來靈活配置程序存儲器和數據存儲器空間的大小?2?。而且不論FLASH存儲器被定義為程序存儲器還是數據存儲器,用戶都可以通過MOVX指令來對它進行讀寫。這就意味著用戶可以把全部空間做為程序存儲空間,并可將程序存儲空間當作數據存儲空間來使用。

          2 在智能壓力傳感器中的應用

          利用MSC1211豐富的片內資源,可以設計出功能強大、高精確度、寬動態(tài)范圍的全集成數據采集系統(tǒng)。

          2.1 系統(tǒng)硬件設計

          智能壓力傳感器的硬件系統(tǒng)構成如圖2所示。該系統(tǒng)由壓力傳感器、微處理器MSC1211、溫度傳感器、電源模塊和輸出模塊等幾部分構成。 其中電源模塊為系統(tǒng)提供3.3V模擬電壓(AVDD)和2.7V數字電壓(DVDD)。

          圖3為MSC1211與傳感器模塊及上位機的接口電路,本系統(tǒng)采用恒流源供電的硅壓阻式傳感器,其供電電源由MSC1211提供,不需要外接電源。MSC1211的多路復用電路可以提供差分信號輸入的各種組合?考慮到共模信號的大小、差分信號的大小、放大倍數、輸入信號頻率等因素,本設計對壓力信號采用差分信號輸入方式,選擇AIN4作為差分輸入的正向輸入端? AIN5作為負向輸入端,溫度傳感器信號采用單端信號輸入方式。

          系統(tǒng)的工作過程:從壓力傳感器來的信號進入A/D轉換器,其內部具有可編程增益放大器,可根據輸入信號的范圍自動設置增益放大倍數,A/D轉換器對模擬信號數字化并進行數字濾波后,由CPU根據從溫度芯片讀來的溫度信號,從FALSH存儲器中讀取零點和線性度校正系數后,再進行溫度補償和非線性補償,然后根據量程范圍進行量程轉換并將其送到D/A轉換器,從而輸出相應的電壓值。

          圖3

          2.2 系統(tǒng)軟件設計

          系統(tǒng)軟件采用模塊化結構,其軟件模塊主要包括以下幾部分:(1)MSC1211的初始化,包括單片機初始化 、串口初始化、A/D轉換器和D/A轉換器的初始化。(2)A/D轉換器的校準,包括各通道增益、零點漂移校正。(3)現場壓力和溫度數據的采集(4)壓力傳感器的零點校準。溫度漂移補償和非線性補償。(5)量程轉換,D/A數據輸出。(6)實時壓力顯示。 (7) 串口中斷服務程序等。

          在進行軟件設計時,要注意在A/D轉換時,每次更改PGA放大倍數時均需重新校準,設定特殊寄存器ADCON1的SM1~0位為00,即進入自動模式數字濾波。這樣隨著A/D采樣次數的增加,數字濾波依次為快速轉換、Sinc2、Sinc3數字濾波,從而最大限度地提高轉換速度和轉換準確度。圖4為主程序和串口中斷通信服務程序流程圖。

          2.3 系統(tǒng)功能

          基于MSC121的智能壓力傳感器可以實現邏輯判斷、統(tǒng)計處理功能、自診斷、自校準功能;自適應、自調整功能;具有優(yōu)秀的記憶、存儲功能以及卓越的數據通訊功能。

          3 結束語

          MSC1211可直接接收來自傳感器的微弱信號且集成度高、體積小,因此,采用MCS1211構成智能壓力傳感器可大大簡化系統(tǒng)結構。同時,充分利用各種軟件功能,可以完成硬件難以完成的任務,從而降低傳感器制造的難度,提高傳感器性能并降低成本。



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