利用ADuC834構(gòu)成二次儀表系統(tǒng)

aduc834是一種真正意義上的完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)芯片。這種嶄新的微處理轉(zhuǎn)換器和先進(jìn)的混合信號(hào)處理工藝顯著提高了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能，并大幅度減少了應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間和成本。aduc834是美國模擬器件（ad）公司最新投入市場的一款微處理轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品，它集成了雙路σ－δ型adc、溫度傳感器、增益可程控放大器（pga）、8位51 mcu、62k的可編程程序eeprom、4k的數(shù)據(jù)flash memory、2304字節(jié)的片內(nèi)ram、12位dac以及定時(shí)器、i2c兼容的spi和標(biāo)準(zhǔn)的串行i／o等。由此可見，aduc834本身就是一個(gè)內(nèi)嵌mcu的高性能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用它可以極方便地構(gòu)成各種二次儀表系統(tǒng)。

1 aduc834芯片介紹

aduc834內(nèi)部集成了兩路獨(dú)立的σ－δadc，其中主通道adc為24位，輔助通道adc為16位。兩個(gè)獨(dú)立的adc通道由于使用了數(shù)字濾波，因而可以實(shí)現(xiàn)寬動(dòng)態(tài)范圍的低頻信號(hào)測量，非常適用于稱重儀、張力應(yīng)變儀、壓力轉(zhuǎn)換器和溫度測量等方面的應(yīng)用。其中主通道的ad輸入范圍在±20mv～±2．56v之間分為8檔，使用時(shí)可任選一檔。由于使用了σ－δ轉(zhuǎn)換技術(shù)，因此可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)24位無丟失碼性能，且輔助通道還可以作為溫度傳感器使用。

aduc834利用32khz晶振來驅(qū)動(dòng)片內(nèi)鎖相環(huán)（pll）以產(chǎn)生內(nèi)部所需要的工作頻率，它的微控制器內(nèi)核與8051兼容。片內(nèi)外圍設(shè)備包括一個(gè)與spi和i2c兼容的串行端口、多路數(shù)字輸入／輸出端口、看門狗定時(shí)器、電源監(jiān)視器以及時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器。同時(shí)片內(nèi)還提供了62kb閃速／電擦除程序存儲(chǔ)器以及2304字節(jié)的片內(nèi)ram。

aduc834本身能提供程序串行下載，所以可以直接下載調(diào)試程序，非常方便于程序的開發(fā)和設(shè)計(jì)。因此，利用aduc834可以非常簡單地制作各種復(fù)雜的二次儀表。

2二次儀表的硬件電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要針對(duì)兩路傳感器進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示，同時(shí)要求有復(fù)雜菜單設(shè)計(jì)。由于數(shù)據(jù)處理過程中要用到浮點(diǎn)乘除運(yùn)算，同時(shí)要求有菜單設(shè)置，因此，利用aduc834的62k程序存儲(chǔ)空間可以進(jìn)行各種復(fù)雜的運(yùn)算和處理，而不需要外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器。圖1是其硬件設(shè)計(jì)原理圖。

本系統(tǒng)利用aduc834的p3口構(gòu)成3×4鍵盤，并通過p0、p2口和74hc138譯碼器來構(gòu)成10個(gè)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示屏，然后利用aduc834的p1．0、p1．1和74hc164構(gòu)成8個(gè)發(fā)光led的顯示，同時(shí)利用a－duc834的串口spi功能進(jìn)行軟件調(diào)試。

2．1數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示

利用aduc834的p2口的p2．0～p2．4，并通過74hc138譯碼可以得到8個(gè)地址選通信號(hào)，而p2．5和p2．6則用于構(gòu)成剩下的2個(gè)選通信號(hào)，同時(shí)把p0口作為顯示的數(shù)據(jù)接口。

用程序可選擇aduc834定時(shí)器t2的自裝入方式，并可將其定時(shí)為2ms，同時(shí)可采用動(dòng)態(tài)方式刷新數(shù)碼管的顯示緩沖區(qū)，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示。

2．2鍵盤控制電路

由aduc834的p3口的p3．0～p3．6可以構(gòu)成鍵盤控制電路，其原理圖如圖2所示。

由圖2可以看出，該鍵盤有3行4列共12個(gè)鍵，使用7個(gè)i／0作為控制線，其中采用p3．0、p3．1、p3．2作為行掃描線，采用p3．3～p3．6作為列回復(fù)線來構(gòu)成矩陣鍵盤。運(yùn)行中，當(dāng)有鍵按下時(shí)，程序并不立即進(jìn)入按鍵處理程序，只有在按鍵按下又松開的時(shí)刻才進(jìn)入程序處理，因?yàn)檫@樣可防止按鍵的連擊和抖動(dòng)。

2．3發(fā)光led設(shè)計(jì)

由于本系統(tǒng)要求有8種狀態(tài)顯示，故需要使用8個(gè)發(fā)光led來表示當(dāng)前程序運(yùn)行的不同狀態(tài)。而這可利用p1．0、p1．1和74hc164控制8個(gè)發(fā)光數(shù)碼管來進(jìn)行顯示。

3二次儀表的軟件程序設(shè)計(jì)

3．1數(shù)據(jù)采集程序

進(jìn)行ad采集時(shí)，可選擇aduc834的內(nèi)部參考電壓（注意此時(shí)內(nèi)部參考電壓是vref＝1．25v，所以adc通道輸入范圍都縮小一半），并通過寫寄存器ad0con的rn2、rn1和rn0來選擇不同的輸入范圍，同時(shí)通過寫寄存器ad0con的ch1、ch0來進(jìn)行通道替換，以實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)通道輸入電壓的ad采樣。其初始采集程序如下：

3．2用戶閃速／電擦除數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的編程

aduc834的用戶閃速／電擦除數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量為4kb，利用這些eeprom可以進(jìn)行系統(tǒng)配置信息的存儲(chǔ)。具體程序如下：

4結(jié)論

本文所描述的二次儀表的軟硬件設(shè)計(jì)具有采集速度快、精度高、系統(tǒng)體積小的特點(diǎn)，特別適用于需要進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算且要求采集精度較高、體積較小的系統(tǒng)中。在實(shí)際的設(shè)計(jì)開發(fā)中，使用aduc834可在很大程度上縮短開發(fā)時(shí)間并降低成本。另外，筆者設(shè)計(jì)的這款二次儀表在實(shí)際應(yīng)用中也取得了很好的使用效果。