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带LCD人机交互功能的便携式高精度数据采集系统设计

21ic?? 2012年02月14日 ?? 收藏1
在许多传统行业中,高精度温度数据采集系统是不可缺少的。近年来,随着高精度ADC价格的不断下降以及其功能的不断完善,研制廉价的多路、快速、高精度温度采集系统成为了可能。美国德州仪器公司(TI)推出的带24位ADC的微处理器MSC1210,特别适合于测量高精度温度、压力传感器等输出的微弱信号。本文以MSC1210作为测量、信号处理以及通讯的核心,设计了高精度温度采集系统模块。该系统测量通道易于扩充,测量精度高,可以快速地进行高精度数据测量。

系统总体方案设计

本系统的硬件部分主要由前端数据采集、处理电路和后端数据处理、LCD电路组成。两部分通过RS-232串行接口进行通信。系统的总体方案构图如图1所示。

系统总体结构
图1 系统总体结构

数据采集部分的软硬件设计

硬件电路设计

数据采集部分的核心器件选用了MSC1210Y5。这主要是因为该微处理器具有24位的 ADC,其有效精度高于22位。其内部包含完整的前向通道(包括输入缓存器、模拟开关电路、可编程增益放大器和ADC以及数字滤波部分)和后向通道— DAC,这些都是完成测控系统的必须部分。此外,该处理器通过改变命令寄存器的方式对内部通道功能进行设置,用指令就可以选择输入缓存器、设置放大增益、控制通道开关切换、进行偏置校正等,使用非常方便。数据采集部分的电路结构原理图如图2所示。

本系统中两个核心芯片MSC1210Y5和MAX3223的功耗都很低,因此,在设计中板上的电源(3.3V)由后端系统通过RS-232接口提供。除了RS-232接口的接线,以及接入J1、 J2插座的信号(8个AIN线、REF以及公共地)线外,本系统的硬件部分不再需要其它连接,使用非常方便。此外,设计时还在电路中预留了一部分接口线供以后扩展系统功能使用,包含了第二串行口以及四根可配置为SPI接口、中断输入和I/O端口的备用接口线。

数据采集电路结构原理图
图2 数据采集电路结构原理图

软件设计

在基于此电路的高精度测温模块应用中,MSC1210Y5完成了微弱信号的多路切换、信号缓冲、编程放大、24位ADC、数字滤波、数据处理、信号校准以及串口通信等功能。MSC1210Y5包含2个串口,本设计中选取其中的一个串口用来与后端人机交互系统通信,负责接收后端发送的控制命令和控制参数以及发送前端采集、处理的数据。数据采集电路的程序主要任务是:控制内部的ADC的测量过程,读取转换的数据;与后端 (S3C44B0X系统)进行通信,读取上位机的命令和有关的控制参数,同时向上位机传送转换后的数据。数据采集电路的程序控制流程如图3所示。

串口开始接收上位机送过来的命令和数据时,将依次读到的后端系统的2字节串码(暂存在R6,R7)的控制字传送到MSC1210Y5内部寄存器ADCON1 和ADCON0,从而实现对ADC控制命令的写入。其后将ADCON3、ADCON2、ADMUX和PDCON寄存器的内部写入相应的命令和参数值,从而完成对MSC1210Y5内ADC的设置和启动。向后端系统发送数据时,由于ADC是24位精度,转换数据必须分为3个字节传送,即将寄存器1、2、3的 ADC转换结果依次通过送SBUF发送,同时在这个过程中还包含发送同步字符、CRC校验等过程。

数据采集电路的程序控制流程
图3 数据采集电路的程序控制流程


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人机交互? 数据采集? 传感器?

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