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本文介紹一種真正意義上的完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)芯片--ADuC834，這種嶄新的微處理轉換器和先進的混合信號處理工藝顯著提高了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能，適用于稱重儀等儀器，并大幅度減少了二次儀表系統(tǒng)的開發(fā)時間和成本。

ADuC834是美國模擬器件（AD）公司最新投入市場的一款微處理轉換器產品，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51MCU、62k的可編程程序EEPROM、4k的數(shù)據(jù)FlashMemory、2304字節(jié)的片內RAM、12位DAC以及定器、I2C兼容的SPI和標準的串行I/O等。由此可見，ADuC834本身就是一個內嵌MCU的高性能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用它可以極方便地構成各種二次儀表系統(tǒng)。

1 ADuC834芯片介紹

ADuC834內部集成了兩路獨立的Σ-ΔADC，其中主通道ADC為24位，輔助通道ADC的16位。兩個獨立的ADC通道由于使用了數(shù)字濾波，因而可以實現(xiàn)寬動范圍的低頻信號測量，非常適用于稱重儀、張力應變儀、壓力轉換器和溫度測量等方面的應用。其中主通道的AD輸入范圍在±20mV～±2.56V之間分為8檔，使用時可任選一檔。由于使用了Σ-Δ轉換技術，因此可以實現(xiàn)高達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晶振來驅動片內鎖相環(huán)（PLL）以產生內部所需要的工作頻率，它的微控制器內核與8051兼容。片內外圍設備包括一個與SPI和I2C兼容的串行端口、多路數(shù)字輸入/輸出端口、看門狗定時器、電源監(jiān)視器以及時間間隔計數(shù)器。同時片內還提供了62kB閃速/電擦除程序存儲器以及2304字節(jié)的片內RAM。

ADuC834本身能提供程序串行下載，所以可以直接下載調試程序，非常方便于稱重儀的程序的開發(fā)和設計。因此，利用ADuC834可以非常簡單地制作各種復雜的二次儀表。

2 二次儀表的硬件電路設計

本儀表系統(tǒng)設計主要針對兩路傳器進行采樣，然后進行數(shù)據(jù)處理和相應的數(shù)據(jù)顯示，同時要求有復雜菜單設計。由于數(shù)據(jù)處理過程中要用到浮點乘除運算，同時要求有菜單設置，因此，利用ADuC834的62k程序存儲空間可以進行各種復雜的運算和處理，而不需要外擴程序存儲器。
本系統(tǒng)利用ADuC834的P3口構成3×4鍵盤，并通過P0、P2口和7HC138譯碼器來構成10個數(shù)碼管動態(tài)顯示屏，然后利用ADuC834的P1.0、P1.1和74HC164構成8個發(fā)光LED的顯示，同時利用ADuC834的串口SPI功能進行軟件調試。

2.1 數(shù)碼管的動態(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個地址選通信號，而P2.5和P2.6則用于構成剩下的2個選通信號，同時把P0口作為顯示的數(shù)據(jù)接口。

用程序可選擇ADuC834定時器T2的自裝入方式，并可將其定時為2ms，同時可采用動態(tài)方式刷新數(shù)碼管的顯示緩沖區(qū)，以實現(xiàn)動態(tài)顯示。

2.2 鍵盤控制電路

由ADuC834的P3口的P3.0～P3.6可以構成鍵盤控制電路。
該鍵盤有3行4列共12個鍵，使用7個I/O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作為列加復線來構成矩陣鍵盤。運行中，當有鍵按下時，程序并不立即進行按鍵處理程序，只有在按鍵按下又松開的時刻才進入程序處理，因為這樣可防止按鍵的連擊和抖動。

2.3 發(fā)光LED設計

由于本系統(tǒng)要求有8種狀態(tài)顯示，故需要使用8個發(fā)光LED來表示當前程序運行的不同狀態(tài)。而這可利用P1.0、P1.1和74HC164控制8個發(fā)光數(shù)碼管來進行顯示（稱重儀顯示器）。

3 二次儀表的軟件程序設計

3.1 數(shù)據(jù)采集程序

進行AD采集時，可選擇ADuC834的內部參考電壓（注意此時內部參考電壓是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道替換，以實現(xiàn)對兩個通道輸入電壓的AD采樣。其初始采集程序如下：

EADC=0; /*禁止ADC中斷*/

ADCMODE=0x20； /*啟動主ADC*/

tempfloat=flash_read(2)； /*讀取輸入通道選擇配置*/

temp=(uchar)(tempfloat-10001); /*采用24位的ADC，使用內部參考電壓，選擇AIN1、AIN2輸入，選擇雙極性編碼，

ANGE=+-TEMP*/

EADC=1; /*允許ADC采樣中斷*/

ADCMODE=0x23; /*進行連續(xù)采樣*/

……

下面是ADC中斷服務子程序，其中ADC的中斷號為6

void adc_int(void) interrupt 6

{

EADC=0；
RDY0=0;
……
EADC=1；

}

3.2 用戶閃速/電擦除數(shù)據(jù)寄存器的編程

ADuC834的用戶閃速/電擦除數(shù)據(jù)存儲器的容量為4kB，利用這些EEPROM可以進行系統(tǒng)配置信息的存儲。具體程序如下：

sfr EDARL="0xe6"；

# define F_READ 0x01 /*讀取頁*/

# define F_WRITE 0x02 /*寫入頁*/

# define F_VERIFY 0x04 /*檢測頁*/

# define F_ERASE 0x05 /*擦除頁*/

# define_F_ERASEALL 0x06 /*全部擦除*/

float flash_read(unsigned char f_add) /*從地址f_add讀取浮點數(shù)據(jù)*/

{

float idATA f_data=0;
float idata *ph;
uchar idata *puc;
pf=&f_data;
puc=(uchar idata *)pf;
EDARL=f_add;
ECON=0x01;
*puc=EDATA1;
++puc;
*puc=EDATA2;
++puc;
*puc=EDATA3;
++puc;
*puc=EDATA4;
return f_data;

}

unsigned char flash_write(unsigned char f_add,float f_data)

/*寫浮點數(shù)據(jù)f_data到地址f_add*/

{

float idata *pf;
uchar idata *puc;
uchar idata temp;
pf=&f_data;
puc=(uchar idata *)pf;
EDARL=f-add;
ECON=0x05; /*首先擦除*/
EDARL=f_add;
EDATA1=*(puc++);
EDATA2=*(puc++);
EDATA3=*(puc++);
EDATA4=*(puc);
ECON=0x02; /*寫數(shù)據(jù)*/
ECON=0x04; /*檢測數(shù)據(jù)
temp=ECON;
if(temp= =0)return TRUE;
else return FLASE;

}

4 結束語

本文所描述的二次儀表的軟硬件設計具有采集速度快、精度高、系統(tǒng)體積小的特點，特別適用于需要進行復雜運算且要求采集精度較高、體積較小的系統(tǒng)中。在實際的稱重儀表設計開發(fā)中，使用ADuC834可在很大程序上縮短開發(fā)時間并降低成本。另外，筆者設計的這款二次儀表在各種稱重儀應用中也取得了很好的使用效果。

 

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