应变测试数据采集的研究.doc

1、第 1 页 共 42 页应变测试数据采集的研究摘要随着信息领域各种技术的发展，在数据采集方面的技术也取得了长足的进步，采集数据的信息化是目前社会发展的主流方向。各种工业领域都用到了数据采集，在石油勘探、地震数据采集等领域已经得到广泛应用。随着测控技术的迅猛发展，以嵌入式计算机为核心的数据采集系统己经在测控领域中占到了统治地位。数据采集系统是将现场的各种参数如温度、压力、频率等进行采集后送微机进行处理和分析，达到检测和控制的目的。 论文主要论述对数据采集系统的设计与实现。它的主要功能是完成数据采集、处理、控制以及与 PC 机之间的通信等。基于对数据采集系统体系结构及功能要求的分析，本文设计并实现

2、的采集系统采用 ADuC812 单片机为核心，扩展了电源电路、复位电路、LCD 接口电路以及监控电路等，并配有标准 RS-232 串行通信接口。系统软件采用汇编语言编写，为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构。由于使用该仪器的野外环境多样，干扰严重，在系统的开发实现中，不仅要实现数据采集仪的一般功能，也要保证它的可靠性和安全性。本文论述了数据采集系统所采取的硬件和软件方面的抗干扰措施，并对与 PC 机之间的通信实现进行了相应的论述。本文首先简要介绍了系统的总体设计以及相关开发环境，在对该方案进行细化的过程中，对各功能模块的关键技术和设计作了具体的描述。本文包含系统硬件电路的设计、整体电路

3、板的分析以及在设计中需要注意的各种问题等，并对系统软件的设计也进行了研究。关键词：数据采集，ADuC812第 2 页 共 42 页Strain test data gathering research ABSTRACTAs the field of information technologies in development, in the technical aspects of data collection has also made great progress, collecting data and information is the mainstream social dev

4、elopment direction. Various industrial fields to use the data acquisition, in oil exploration, seismic data acquisition, and other fields has been widely used. With the rapid development of monitoring and control technologies to embedded computer as the core data acquisition system has been accounte

5、d for in the monitoring and control in the area of the dominant position. Data Acquisition System is the scene of various parameters such as temperature, pressure, frequency of collection for evacuation Computer processing and analysis, detection and control to achieve the objective. This thesis mai

6、nly discuss the design and realization of the data collection system .The system is mainly used tofinish the data collection、processing and the correlative control and communicationwith the PC.On the analysis of the system structure and function requirement,the system in this thesis adopts the ADuc8

7、12 core,expands the power、reset、LCD interface circuit withstandard RS-232 series communicate interface.For the entironment the system in use iscomplex with serious disturb.We should ensure the reliability and security besides the basicfunction in the design of the system.In this thesis we discuss th

8、e anti-jamming measuresthrough hardware and software.We talk about the realization of communication with thePC.The software design with assemble language,and adopts modularize framework design.Firstly,the thesis introduces the design structure of the system and the correlativedevelopment entironment

9、.In the deep discuss of the system,it describes the key techniqueand design concretely.We talk about the hardware design、circuit board analysis and the otherissue worth thinking about in the design.We attempt study the design process of the softwaretoo.Key word:data collect system,ADuC812第 3 页 共 42

10、页1 绪论1.1 数据采集系统概述数据采集技术是信息科学的重要分支，它不仅应用在智能仪器方面，而且还在现代工业生产中、军事科学方面得到了广泛应用，无论是过程控制、状态监测，还是故障诊断、质量检测，都离不开数据采集系统。在科学技术飞速发展的今天，数据采集系统也广泛地得到应用。我国对于数据采集的研究起步比较晚，跟世界先进水平还有一定的差距。随着计算机的发展普及，数据采集系统也随之发展了。近年来随着单片机技术的快速发展在各行各业中对数据采集技术的要求也越来越精确，我们必须加强对数据采集技术的研究 1。数据采集系统是计算机、智能仪器与外界物理世界联系的桥梁，是获取信息的重要途径和手段。数据采集系统的核

11、心是计算机，它对整个系统进行控制和数据处理。它所处理的是数字信号，因此输入的模拟信号必须进行模数(A/D)转换，将连续的模拟信号量化。无论 A/D 转换器的速度多快，A/D 转换总需要时间。因此产生了两个问题，第一，在 A/D 转换期间，输入的模拟信号发生变化，将会使 A/D 转换产生误差，而且信号变化的快慢将影响误差的大小。为了减小误差，需要保持采样信号不变。第二，A/D 转换器输出的数字量只能表明采样时刻的信号值，通过采样使输入的连续信号变成离散信号。通过采样频率与输入信号的频带关系的应用，来使得离散信号能够不失真地恢复成原来的连续信号 2。目前受 ADC 芯片发展水平的限制，单片 ADC

12、 很难同时满足高速高精度采样的要求。现在常用多片相对低速的高精度 ADC 拼接来提高系统的总采样率。多片 ADC 拼接采样主要分为频域和时域两种结构。频域结构的方法是通过频带分割滤波器对输入宽带信号进行频域分割从而降低单片 ADC 的采样速率，频带分割滤波器通常采用模拟低通、带通和高通滤波器，频带分割滤波器的过渡带对系统性能有很大的影响。时域结构的方法主要是多片 ADC 采用并行时间交替采样来完成对输入信号的采样，称之为时间交替 A/D 采样 3。第 4 页 共 42 页ADuC812是一种把8位微控制器(指令集与8051微控制器兼容)和12位A/D转换器以及12位D/A转换器等外围电路集成在

13、一块芯片上的12位数据采集集成电路。它的功能也是非常强大，满足我们设计的要求。1.2 数据采集系统的发展和历史 4数据采集系统起始于 20 世纪 50 年代，1956 年美国首先研究了用在军事上的测试系统，目标测试中不依靠相关的测试文件，由非熟练人员进行操作，并且测试任务是由测试设备高速自动控制完成的。由于该种数据采集测试系统具有高速性和一定的灵活性，可以满足众多传统方法不能完成的数据采集和测试任务，因而得到了初步的认可。20 世纪 60 年代后期，国外就有成套的数据采集设备产品进入市场，此阶段的数据采集设备和系统多属于专用的系统。20 世纪 70 年代中后期，随着微型机的发展，诞生了采集器，

14、仪表同计算机溶为一体的数据采集系统。由于这种数据采集系统的性能优良，超过了传统的自动检测仪表和专用数据采集系统，因此获得了惊人的发展。从 70 年代起，数据采集系统发展过程中逐渐分为两类，一类是实验室数据采集系统，另一类是工业现场数据采集系统。就使用的总线而言，实验室数据采集系统多采用并行总线，工业现场数据采集系统多采用串行数据总线。20 世纪 80 年代随着计算机的普及应用，数据采集系统得到了极大的发展，开始出现了通用的数据采集与自动测试系统。该阶段的数据采集系统主要有两类，一类以仪器仪表和采集器，通用接口总线和计算机等构成。例如：国标ICE625（GPIB）接口总线系统就是一个典型的代表。

15、这类系统主要用于实验室，在工业生产现场也有一定的应用。第二类以数据采集卡，标准总线和计算机构成，例如 STD 总线系统是这一类的典型代表。这种接口系统采用积木式结构，把相应的接口卡装在专用的机箱内，然后由一台计算机控制，第二类系统在工业现场应用较多。这两种系统中，如果采集测试任务改变，只需将新的仪用电缆接入系统，或将新卡再添加到专用的机箱即可完成硬件平台重建。显然，这种系统比专用系统灵活得多。20 世纪 80 年代后期，数据采集系统发生了极大的变化，工业计算机，单片机和大规模集成电路的组合，用软件管理，使系统的成本降低，体积减小，功能第 5 页 共 42 页成倍增加，数据处理能力大大加强。20

16、 世纪 90 年代至今，在国际上技术先进的国家，数据采集技术已经在军事，航空电子设备及宇航技术，工业等领域被广泛应用。由于集成电路制造技术的不断提高，出现了高性能，高可靠性的单片数据采集系统（DAS） 。目前有的 DAS 产品精度已达 16 位，采集速度每秒达到几十万次以上。数据采集技术已经成为一种专门的技术，在工业领域得到了广泛的应用。该阶段数据采集系统采用更先进的模块式结构，根据不同的应用要求，通过简单的增加和更改模块，并结合系统编程，就可扩展或修改系统，迅速地组成一个新的系统。该阶段并行总线数据采集系统向高速，模块化和即插即用方向发展，典型系统有 VXI 总线系统，PCI、PXI总线系统

17、等“数据位已达到 32 位总线宽度，采样频率可以达到 100MSps。1.3 数据采集器国外的现状 5.6随着国外微电子技术、计数机技术、测控技术和数字通信技术的发展。目前国外数据采集技术已经较初期有了很大的发展，从近来国外公司展示的新产品可以看出，主要的发展可以概括为功能多样，体积减小和使用方便等三个方面。此外，数据采集器的特点还反映在如下几个方面：（1）它既是一台数据采集器，又是一台功能较全的机器状态分析仪，不仅有常用的时域分析和频域 FFT 分析，而且还可以做倒谱、细化、包络谱和时频域分析等功能。（2）它既是采集器，又可以兼做其它仪器来用，如法国迈威公司的 MOVILOG数据采集器，就可

18、作为一台动平衡仪来用，它不但可以做单一平面的动平衡还可以做六个平面的动平衡；（3）储存量大，从低频到高频频率测量范围宽，能适应机器从低速到高速的各种监测范围需要。（4）可利用振动传感器或过程传感器或电量传感器等输入多种物理量。如振动加速度、位移、相位、转速、温度、压力、流量、电压、电流和功率等，形成多参数监测系统。（5）数据采集器配套的软件是以通用窗口的软件为基础，功能较强。一套软件可同时支持数种不同型号与不同档次的数据采集器。（6）数据采集器已经安装了 LCD 背光显示屏，并尽量减少了操作键；元器件第 6 页 共 42 页高度集成化，并减轻机器的重量；采用防水防撞击的密封外壳，能适应恶劣的工

19、业环境。1.4 数据采集器国内的现状 7上世纪 80 年代末到 90 年代初，我国一些仪器厂已研制出了多种数据采集器，其中单通道的 SP201、SC247 型双通道的有,EG3300、YE5938 型，超小型的911、902 和 921 型。具有采集静态信号的有 SMC-9012 型，所配套的软件包基本上包括了设备维修管理和基本频谱分析两大部分，能够适应机器设备的一般状况监测和故障诊断，基本已经达到了国外数据采集器的初期水平。但是，国内数据采集器与目前国外数据采集器相比，在技术上仍然存在着一定的差距。主要表现在：（1）由于受国内振动等传感器水平的限制，分析频率范围不宽，给一些低速的机器或轴承的

20、诊断等带来了一定的困难。（2）由于数据采集器的内存不大，数据采集器本身的信号处理功能不强，在现场只能做一些简单诊断，精密诊断需要离线到计算机上去做，现场精密诊断功能较弱。（3）设备的软件水平，仍在设备维修管理和基本频谱分析上徘徊，机器故障诊断专家系统还需完善，软件人机界面有待改进。1.5 本文所要做的工作明确数据采集的原理和打算采用的模块，并且设计数据采集系统电路。要求选用合适的数据采集模块，要求画出电路原理图和 PCB 图。第 7 页 共 42 页2 数据采集系统设计理论基础及其考虑因素2.1 数据采集系统原理一般数据采集系统的原理框图如图 2.1 所示，它由多路开关、采样/保持器、放大器、

21、A/D 转换器、计算机等组成。数据采集要经过采样和量化两个必要步骤。采样过程也是将被测的连续信号离散化，从连续信号中抽取采样时刻的信号值。采样过程由多路开关、采样/保持器完成。如果被测信号变化很缓慢，也可以不采用采样/保持器。多路开关将各路信号轮流切换到输入端，对各路信号分时采样。A/D 转换器将采样信号量化，将转换成的数字信号输入到计算机中 8。图 2.1 多通道数据采集系统原理框图2.2 数据采集系统设计考虑因素2.2.1输入信号的特性在输入信号的特性方面主要考虑以下方面：信号的数量，信号的特点，模拟量还是数字量，信号的强弱及动态范围，信号的输入方式，信号的频带宽度，信号是周期信号还是瞬态

22、信号，信号中的噪声及其共模电压大小，信号源的阻抗等。2.2.2 对数据采集系统性能的要求 91）系统的通过速率系统的通过速率通常称为系统速度、传输速率、采样速率或吞吐率，是指在单位时间内系统对模拟信号的采集次数。通过速率的倒数是通过吞吐时间，通常计算机A/D转换器采样/保持器放大器多路开关传感器传感器传感器模拟信号第 8 页 共 42 页又称为系统响应时间或系统采集周期，表明系统每采样并处理一个数据所占用的时间。它是设计数据采集系统的重要技术指标。2）系统分辨率系统分辨率是指数据采集系统可以分辨的输入信号的最小变化量。通常用最低有效值、系统满刻度值的百分数或系统可分辨的实际电压数值等来表示。3

23、）系统精度系统精度是指当系统在额定采集速率下，整个数据采集系统所能达到的转换精度。A/D转换器的精度是系统精度的极限值。2.2.3 信号采样与量化 10数据采集是获取信息的基本手段，是指将温度、压力、流量、位移等模拟量进行采集、转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示的过程。数据采集系统测量的物理量、环境量是模拟信号，而数据采集处理系统内部处理、存储、传输的信号为数字信号，所以数据采集必须完成从模拟信号到数字信号的转变，这需要建立一套有效把模拟信号转换为数字信号的系统。从理论上将，就是一个采样与量化的系统；实际上，这一系统就是以模数转换器 ADC 为核心的信息采样系统。 11采样定理作为

24、模拟信号数字化的理论基础，它的实质就是把一个时间模拟信号经过采样变成离散花序列后，能否由此离散花序列样值重构原始模拟信号的问题。采样量化的离散样值序列与原始模拟信号之间的关系问题，这也是信号测量研究的基础。1）信号采样采样器可以看做是一个开关，每个 T 时间段完成一次采样。在它短暂的关闭时间 t 瞬间，将模拟信号在该时刻的幅值抽取出来。实际测量中遇到的模拟信号一般为带限信号，为了避免失真，由采样序列无失真的恢复重建原始模拟信号 X（t） ，信号采样应当遵循采样定理：一个频带限制在（0，f H）内的连续信号 X（t） ，其采样频率必须大于或等于2fH， 其公式表示为 fS2f H。2）信号量化量

25、化过程始与采样。模拟信号进行采样后，其采样值还是随着信号幅度连续第 9 页 共 42 页变化的，量化是把取值连续的采样变成取值离散的采样。3 数据采集系统设计方案在目前的数据采集系统中，通常采用的是两种方法来实现数据采集：1）将数据采集部分做成板卡插入微机扩展槽来实现数据采集，即 A/D 转换器件直接与微机总线接口连接 12。这种基于微机的系统集成数据采集系统的方式，可以缩短研制周期，从而加快工作进度，但是硬件的配置缺少灵活性，不便于携带和随时随地进行使用。2）将数据采集部分做成独立的系统，有自己的微处理器，微机通过串口与数据采集装置通讯，从而实现数据采集。3.1 处理器选择方案 1：选用 3

26、2 位嵌入式微处理器（如 ARM 系统，MIPS 系统等）搭建硬件平台，定制嵌入式操作系统，开发应用与环境数据采集的各种应用软件。该方案从技术涉及到计算机、操作系统、软件开发和集成电路等技术，技术难度大，开发时间长；从经济上看，嵌入式微处理器机器开发工具和操作系统的开发环境的费用高达上万元，开发成本较高。方案 2：选用美国 AD 公司生产的 ADuC812 芯片，该芯片是一种把 8 位微控制器（指令集与 8051 微控制器兼容）和 12 位 A/D 转换器以及 12 位 D/A 转换器等外围电路集成在一块芯片上的 12 位数据采集集成电路。具有体积小，便于携带，功耗低等特点，而且价格低，配置灵

27、活，开发成本较低。基于开发成本、性能、技术难度，我们选用 ADuC812 芯片进行数据采集。3.2 通信接口设计方案数据采集系统必须具有一顶的通信借口与微机进行数据的传输，微机与数据采集系统的通信可以通过电缆进行数据传输，但在某些限制铺设电缆的场合，微机与数据采集系统则要通过无限方式通信。方案 1：选用无线射频芯片 CC1020 与发射/接受天线组成无线通信电路，无线射频芯片 CC1020 工作在 ISM 频段 422MHz，其与微控制器的接线引脚少，外围器件简单，成本低。但无线通信电路对电源的稳定性要求高，容易受到系统其他模块的影响，这样怎家了电路设计的复杂性和难度。第 10 页 共 42

28、页方案 2：设计 RS-232 串行通信接口，单片机内部具备 UART0 串行口，其发送和接收的是 TTL/CMOS 电平，通过低电压芯片 MAX3232 实现 RS-232 串行口TTL/CMOS 与 RS-232 差分电平的转换。RS-232 串行通信接口既可以作为功能扩展口，通过电缆线与微机直接通信 14。综上所述，方案 2 开发简单，电路设计容易，功能可以扩充，因此 系统通信借口设计采用方案 2。第 11 页 共 42 页4 数据采集系统芯片4.1 ADuC812 芯片介绍美国 AD 公司是转换器领域的领导者。它率先研制出真正意义上的完整的数据采集系统芯片(包括数据转换电路、微控制器、

29、闪速/电擦除存储器等等)。这种崭新的微转换器和它的先进的混合信号处理的 Ic 工艺，显著地提高了数据采集系统的性能并大幅度地减少了开发时间和成本。做转换器系列产品的高性能和高精度转换技术，能更灵活地对芯片编程，能更方便地处理大量的数据采集问题，其低廉的价格更富有竞争力。微转换器实质上代表着几种先进技术的综合，包括高性能的模拟测量技术和闪速/电擦除存储器技术。现今没有一种产品像微转换器那样是许多独特功能的集合。虽然有一些微控制器内带有模数转换，对一般用途的数据采集系统很方便，但它们中没有包含微转换器所具有的模拟转换功能和掉电存储功能，同时它们也不能提供微转换器的高转换速度和高精度。ADuC812

30、 是投入市场的第一种微转换器产品，它的组成为：一个 8 通道、5PS转换时间、精度自校准、12 位精度、逐次逼近的 ADC 转换器；两个 12 位的数模转换器(DAC)，10.5KB 的闪存 EEPROM，具有 16 位计数/定时器和 32 条可编程 I/O接口的 8051/8052 微控制器，256 字节的 SRAM。其它的一些重要功能块包括：一个看门狗定时器和电源监控器，ADC 与数据存储器之间的 DMA 方式存储保护功能，一个通用的异步串行收发器(UART)，SPI 和 12C 总线接口 15。微转换器集成了一个完全可编程的、自校准、高精度的模拟数据采集系统。它小得可以放置在一个传感器、

31、转发器或电缆连接器之内。它的成本极低，因此可以取代建立在单板机基础上的高成本、大体积的产品。由于其高精度和高速度，它适用于智能传感、瞬时获取、数据采集和各种通信系统。其精度之高使之在测量中的应用前景非常看好。另外，它的静态 CPU 操作，以及其空闲和掉电方式对于电池供电的便携式电脑和数据监控设备来说是至关重要的性能。微转换器的另一个优点是它采用了闪速/电擦除存储器，这解决了以 ROM 为基础的数据采集芯片的某些麻烦的问题。微转换器的可编程闪速/电摈除存储器以及内含的加载器和调试软件，可以解决灵活性差和存储困难的问题。为了简化系统第 12 页 共 42 页设计、编程和调试，闪存存储器中包含 2K

32、B 的初始参数区，用于保存上电时初始化、串行加载、自校准和产品识别等参数。微转换器的数据采集电路自身不需要 8031 过多的干预。因而与分立方式的AD 转换和微控制器相比，它的效率更高。因为后者要求 CPU 用更多精力控制数据转换，当高精度时更是如此。对于没有设计和编写 ADc 转换程序经验的系统设计师来说，这种方法会大大加重它的负担。在微转换器巾，微控制器获取数字数据只需简单地从寄存器中读取。设定转换时间标准、基准电压和最小化数字噪声的艰难工作都被自动完成了。4.2 ADuC812 主要特点 16（1）模拟 I/O8通道，高速12位ADC片内100ppm/的电压参考源速度高达200kSPSA

33、DC至RAM高速捕获型DMA控制器2个12位（单调的）电压输出DAC拥有片内温度传感器（2）存储器8K字节片内闪速/电擦除程序存储器640字节片内闪速/电擦除数据存储器256字节的片内数据RAM16M字节的外部数据地址空间64K字节的外部程序地址空间（3）基于8051的内核12MHZ工作频率（最大16MHz）3个16位定时器/计数器高电流驱动能力端口端口39个中断源，2个优先级（4）电源运行于指定的3V和5V电压下第 13 页 共 42 页正常模式，空闲模式和掉电模式（5）片内外围设备UART和SPI串行I/O双线串行I/O看门狗定时器(WDT)4.3 ADuC812 芯片引脚 17图 4.3

34、 为 ADuC812 芯片引脚排列图,它共有 52 个引脚。图 4.3 ADuC812 芯片引脚排列图4.4 ADuC812 内部结构ADuC812 内部结构如图 4.4 所示,在内核中,集成了一个高性能 8 位 MCU,这个MCU 带有片内可再编程的非易失性闪速/电擦除程序存储器,并控制片内多通道(8个输入通道)的 12 位 ADC,为了全面支持可编程的数据采集核心功能,芯片组合了数据采集系统的全部辅助功能模块。另外微控制器具有包括看门狗定时器、电源监视器和 ADC DMA 功能，为多处理器接口和 I/O 扩展提供了 32 条可编程的 I/O线、I2C 兼容的 SPI 和标准 UART 串行

35、口 I/O 等。微控制器内核和模拟转换器二者第 14 页 共 42 页均有正常、空闲和掉电三种工作模式，有适于低功率应用的灵活电源管理方案。在工业温度范围内，有 3V 和 5V 两种规格电压工作器件可供选择 18。图4.4 ADuC812数据采集系统芯片组成结构图4.5 ADuC812 外部存储器接口ADuC812 可以访问 64K 外部程序存储器和 16M 外部数据存储器。对外部程序存储器的访问与标准的 8051 芯片相同。对容量达 16M 外部数据存储器的访问的电路图如图 4.5 所示。图 4.5 外部数据存储器接口ADuC812P0ALEP2DRRWSRAMD0-D7（DATA ）A0-

36、A7A8-A15A16-A23OEWELATCHLATCH第 15 页 共 42 页要访问 16M 数据存储器需要 24 条地址线,ADuC812 的数据指针(DPTR) 由 3 个特殊存储器(DPP,DPH 和 DPL)组成。在访问数据存储器时,首先分别通过 P0 口和 P2 口送出特殊存储器 DPL 和 DPP 中的地址,它们由 ALE 信号控制锁存,然后再由 P2 口提供特殊存储器 DPH 中的地址,通过上述 2 个步骤产生 24 位地址信号。4.6 ADuC812 的在系统可编程ADuC812 的存储器采用 Flash/EE 存储技术,这种技术把 EPROM 存储器的高密度特点和 EE

37、P2ROM 存储器的在线可重复编程特点结合在一起。Flash/EE 存储器技术使得 ADuC812 可以在线情况下被装入程序代码。在线载入程序代码是通过芯片的标准 UART 串行接口实现的,因此这个过程也被称作串行下载。应用芯片ADuC812 的串行下载能力,用户可以在不把芯片从系统上取下来的情况下对其进行编程,而且编程过程并不需要编程器提供支持。基于这样的串行下载能力,芯片ADuC812 可以在应用现场很方便地对它内部的应用程序进行升级。ADuC812 有两种工作模式,串行下载/调试模式和正常工作模式。在上电之前必须确定 ADuC812 的具体工作模式,串行下载/调试模式可在加电时把芯片管脚

38、(PSEN)通过一个电阻(典型值为 1K)接地来进入(正常工作模式此管脚可悬空)。当进入串行下载工作模式,芯片的下载过程将启动。这个过程完成对芯片标准UART 串行接口的配置、与管理下载过程的主机通信、准备接收下载程序代码到片内程序存储空间。程序下载时的编程电压和 ADuC812 正常工作时的电压相同,工作电压范围为 2. 7-5.5V ,不需要专门的高编程电压 19。ADuC812 QuickStart 开发系统支持串行下载的执行,它的工作不需要硬件支持。开发系统不仅支持串行下载,也支持程序调试和仿真,其内容包括单步、断点和全部在片外围的调试。ADuC812 QuickStart 开发系统基

39、于 WINDOWS 操作系统工作,它与 ADuC812 的通信是通过 PC 机的串行口(COM)实现。4.7 ADuC812内部资源的使用4.7.1 模拟输入与其它ADC芯片相比，ADuC812的ADC模块有一个缺点，就是ADC正常工作的模拟输入范围为0+2.5 V，而允许输入的电压范围只能为正电压0+5V。经实验证明，若输入的模拟电压超过 +2.5 V（最大值为+5 V） ，ADC的采样结果为最大值（0FFFH） ，虽然结果不对，但并没有影响 ADuC812正常工作；但是，一旦输入负第 16 页 共 42 页的模拟电压，则会影响ADuC812正常工作，表现为ADC的基准电压（ V）2.5re

40、f消失和采样结果不正确，且若长时间输入负电压，将有可能损坏芯片。因此，在实际应用中，若发现启动ADC之后VREF端无电压，则应立即将芯片复位，并检查模拟输入信号的采集放大部分。在确保进入ADuC812的模拟信号在0+2.5 V范围内之后，才能再次启动ADC。实际应用时，应保证输入的模拟电压为正电平 20。ADuC812采用S52封装，它的大部分管脚和8051相应管脚功能相同，几个主要管脚功能如下：P1口：和8051的P1口功能不同，它只能作为模拟或数字信号的输入口，而不能作为输出口，缺省状态为8路模拟信号输入端，要使它们中的某位变为数字信号输入脚，应向P1口对应的特殊功能寄存器的相应位写入“0

41、”信号，如果该特殊功能寄存器的相应位为“1” ，则该位对应的管脚为模拟信号输入脚；DAC0、DAC1：为两路D/A转换器的模拟信号输出脚；SS、SCLK、MOSI、MISO：为串行设备接口（SPI） 。SS为SPI接口的从属设备选择，在多机通信中使用，SCLK为SPI接口时钟，MOSI以及MISO为输入/输出数据线；D0、D1：和SPI接口复用的数字输出脚，通过DCON特殊功能寄存器控制从D0或D1脚输出数字信号；T2：定时器2数字信号输入脚；T2EX：数字输入脚，读取定时器2的计数器或重装该计数器的触发脚，负跳变时有效。其它脚的功能和8051相应脚的功能相同。4.7.2 程序存储器程序存储器

42、分为片内程序存储器和片外程序存储器，片内含有8K字节的FLASH可编程程序存储器，可满足大部分数据采集系统的设计要求，该段程序存储器可以用两种方式写入，一种是通过标准的UART串行接口进行串行下载写入，当PSEN管脚通过外部电阻接地时，在上电后自动进入串行下载模式，通过串行口自动从外部开发系统中下载程序；第二种方式和E 2PROM的编程方式相同，通过编程器进行并行写入。第 17 页 共 42 页4.7.3 数据存储器 21ADuC812的用户数据存储器包含三部分，片内640字节的FLASH数据存储器、256字节的RAM以及片外可扩展到16M字节的数据存储器，其中640字节的数据存储器被分成16

43、0页，每页4字节，通过6个特殊功能寄存器来进行存取，即通过ECON、EADRL以及EDATA14来存取，EADRL寄存器指定要进行数据存取的页地址，ECON控制寄存器可控制EDATA14寄存器和EADRL指定的页内4个存储器之间进行数据交换，而ECON还可控制FLASH数据存储器的擦除、校验等操作，其控制模式如表4.1所示。表4.1 控制模式表命令字 命令模式01H 读命令，将EADRL指定的页读入EADTA14中02H 写命令，将EDATA14中的内容写入EADRL指定的页中03H 保留04H 校验命令，检查EDATA14中的数据和EADRL寄存器中指定的内容是否一致，如果校验相符，则ECO

44、N寄存器中内容为“0”，否则为非零05H 删除命令，删除EADRL指定的页中的内容06H 全部删除命令07H 保留外部数据存储器的寻址范围为000000H0FFFFFFH，共有16M字节地址空间，低16位地址线的连接和8051单片机系统中的外部数据存储器的地址连接方式相同，高8位的连接方式是复用P2口，利用ALE地址锁存信号在锁存P0口的低8位地址信号的同时锁存高8位地址信号，来实现16M字节地址空间的寻址。它的数据指针和8051单片机不同，是由3个8位寄存器组成，即DPP（页字节） 、DPH（高位字节） 、DPL（低位字节） 。4.7.4 控制命令格式ADuC812包含一个8通道单电源12位

45、逐次逼近A/D转换器，A/D转换器的线性误差为1/2LSB，转换时间为5s，可以提供内部2.5V参考电源，同时也可以外接从2.5V到AV DD的参考电源，通过ADCCON13三个特殊功能寄存器来控制A/D转换，转换结果可保存在ADCDATAH/L二个特殊功能寄存器中，转换数据的低8位保存在第 18 页 共 42 页ADCDATAL寄存器中，而高4位保存在ADCDATAH的低4位中，ADCDATAH的高四位用来保存采样的通道号。如果采样数据较大，如以200kHz的速率对被输入的模拟信号进行连续采样，这时必须用DMA模式，将采样数据直接保存在外部数据存储器中，采样结束后再对数据进行处理 22。（1

46、）ADCCON1控制转换和采集时间，如表4.2表4.2MD1 MD0 CK1 CK0 AQ1 AQ0 T2C EXCMD1 MD0：控制ADC的工作模式如表3.3所列。表4.3MD1 MD0 工作模式0 0 节电模式0 1 正常模式1 0 在没有转换时进入节电模式1 1 在没有转换时进入备用模式CK1、CK0选择主时钟分频系数，从主时钟分频来产生ADC时钟，CK10为0011，分别按1、2、4、8分频。AQ1、AQ0选择ADC采样保持时钟，分频系数从ADC时钟分频产生，AQ10为0011时分别按1、2、4、8分频。T2C：定时器2溢出触发位，通过置位该位，可使用定时器2的溢出信号作为ADC转换

47、触发信号。EXC：ADC转换外部触发使能位，通过置位该位，可由外部引脚（CONVST）来触发ADC转换。（2）ADCCON2控制ADC通道选择和转换模式如表3.4所列。表4.4ADCI DMA CCONV SCONV CS3 CS2 CS1 CS0其中，ADCI为中断标志位；在ADC转换结束时由硬件置位；当MCU响应中断服务子程序时由硬件清除。DMA为DMA模式使能位；置1时启动ADC的DMA模式进行工作。CCONV为连续转换模式使能位；置1时ADC进入连续转换模式。第 19 页 共 42 页SCONV为单次转换模式使能位；置1时开始单个转换周期；转换结束时SCONV位自动复位至0。CS3、C

48、S2、CS1、CS0为通道选择位，CS30为00000111时指示8个通道号，1000时指示温度传感器，1111为DMA终止信号，其他情况保留。（3）ADCCON3ADC状态指示如表4.5所列。表4.5BUSY RSVD RSVD RSVD CTYP CAL0 CALSTBUSY ADC忙状态位。是只读状态位,置1时表示ADC正处于转换周期或校准周期中 其余位 保留ADCCON3用于给出ADC状态指示位，只有第7位为BUSY位，其它位保留，BUSY位为只读位，在一个有效的ADC转换或校验周期中，该位为“1” ，当转换或校验结束后，该位清“0” 。4.8 ADuC812应用中的细节问题4.8.1

49、 上电初始化子程序 23每一个微转换器产品都根据自身的特点含有一个上电初始化子程序。当上电或复位芯片时，都会执行它。实际上它是在执行用户程序之前的一小段程序。它通常用于配置芯片的一些如 ADC 和闪速/电擦除之类的片内外围设备，使之达到最优的校准和时间参数。其中一些是可以看到的，如 ADC 的补偿和增益校准寄存器将随着不同的芯片而不同；而另一些则不行，如 ADC 曲线性参数就对用户不透明。如果跳过上电配置(有一些方法可以做到这一点)，ADC 的精度和闪速/电擦除的可靠度可能不是最理想的。上电初始化子程序隐藏在程序 ROM 的一部分空间。其地址始于 FF00。因此，当从串行加载器加载用户程序或调试应用程序时，应该从地址 FF00 开始而不是从0000 开始。虽然上电初始化子程序地址从 FF00 到 FFFF，但这并不干扰使用这段地址的其它代码存储空间。最多达 64KB 的程序，可以放在一个 8KB 内部闪速/电擦除存储器再加 54KB 外部 EPROM 中加以执行。上电初始化子程序和外部 EPROM 享有相同的址空间，但只有在上电或复位事件发生时才执行上电初始化子程序。4.8.2 闪速/电擦除存储器的擦除和编程时间第 20 页 共 4