基于MSC1210Y5的多通道數據采集系統(tǒng)

1 引言

以MSC1210Y5為核心的數據采集部分在工作時投放與水下、工作在無人值守的自容方式。由于海洋環(huán)境惡劣，所以儀器必須具有很好的可靠性及精確度，否則，就有可能給航行在測點附近海域的船舶提供不準確的海洋環(huán)境參數，筆者在燈船水文氣象實測數據自動顯示助航系統(tǒng)水下分機的設計中，成功應用了具有增強型8051內核微控制器和閃存的精密模數轉換器MSC1210Y5，避免了微控制器和AD轉換電路的單獨分立設計，簡化了電路，降低了功耗，增強了可靠性，提高了整個系統(tǒng)的工作速度。

2 MSC1210Y5的特性

MSC1210Y5是TQFP-64封裝的低功耗完全集成混合信號IC，供電電壓為2.7V-5.25V，它具有高精度的積分型模數轉換器，ADC錯誤Sinc3濾波器，具有24bit分辨率和24bit無遺漏碼，且采樣速率可調，在要求高精度的單周期轉換時，ADC可以選擇合適的濾波器、8路差分/單斷通道、片內偏置/增益校正、偏置數模轉換器，高達32KB的閃速數據存儲器、3個16位定時器和2個完整的雙向通用異步收發(fā)器。MSC1210Y5的引腳配置如圖1所示，各引腳的功能說明如下：

XOUT：晶體振蕩器引腳，用做晶體放大器的輸出端。

XIN：晶體振蕩器引腳，在使用外部時鐘源來代替晶體振蕩器時，XIN也可作為其輸入端。

P3.0-P3.7：端口3是雙向I/O口，具有復用功能。

DV_DD：數字供電。

DGND：數字地。

RST：復位輸入，若引腳上保持高電平達2條指令時鐘周期，器件將復位。

AGND：模擬地。

AV_DD：模擬供電。

AIN0-AIN5：模擬輸出通道0-5。

AIN6，EXTD：模擬輸入通道6，數字低電平檢測輸入；

AIN7，EXTA：模擬輸入通道7，模擬低電平檢測輸入。

AINCOM：模擬單端輸入的公共端。

REF IN-：負參考電壓輸入。

REF IN+：正參考電壓輸入。

P2.0-P2.7：端口2是雙向I/O口，具有復用功能。

PSEN，OSCCLK，MODCLK：程序存儲使能。與外部可選存儲器相連，作為器件使能信號，PSEN可提供一低電平脈沖，在編程模式下，PSEN可與ALE一同用做輸入，以確定編程模式是串行還是并行，在并行編程模式下保持為高，而在串行時為低，在不需使用外部程序存儲器時，這一引腳也可選做晶體振蕩器時鐘，調整時鐘輸出，或直接輸出高/低電平。

ALE：地址鎖存使能，用于在訪問外存時鎖存地址的低位字節(jié)，ALE的發(fā)生頻率為恒定值，等于晶體振蕩器頻率的1/2，并可用于外部定時或時鐘，在訪問外部數據存儲器時將每次省去一個ALE脈沖，在編程模式下ALE用做輸入，與PSEN共同用于確定編程模式是串行還是并行，在串行編程時，ALE保持為高，而在并行時則為低。

EA：外部器件訪問使能，EA引腳必須由外部保持低電平，器件才能由起始地址0000H開始讀取外部程序存儲器。

P0.0-P0.7：端口0是雙向I/O口，具有復用功能。

P1.0-P1.7：端口1是雙向I/O口，具有復用功能。

3 與數據采集相關的寄存器介紹

ADC補償標準寄存器低（中，高）字節(jié)OCL（OCM，OCH）是ADC補償校準的24bit字的低（中，高）字節(jié)，寫入該字節(jié)的數值用于設定ADC補償校準的數值。

ADC增益校準寄存器低（中，高）字節(jié)GCL（GCM，GCH）是24bitADC增益校準字的低（中，高）字節(jié)，寫入該字節(jié)的數值用于設定ADC增益標準的數值。

ADC乘法寄存器（ADMUX）的位7-4：INP3-0是輸入乘法器正通道，用來選擇正信號輸入，如表1所列。

位3-0：INP3-0為輸入乘法器負通道，用來選擇負信號輸入，如表2所列。

ADC計算結果寄存器低（中，高）字節(jié)ADRESL（ADRESM，ADRESH）包含ADC轉換器結果的24bit的低（中，高）字節(jié)，從ADRESL寄存器讀取數據時會復位ADC中斷。

ADC控制寄存器，0，1，2的設置功能包括熄火監(jiān)測、內部參考電壓使能、內部參考電壓選擇、緩沖使能、可編程增益放大器增益設置、ADC運算結果和綜合寄存器的極性、停留模式、標準模式控制位以及十進制比率。

4 多通道數據采集的軟硬件設計

筆者在燈船水文氣象實測數據自動顯示助航系統(tǒng)水下分機的設計中采用MSC1210Y5作為水下分機的微控制器，用其內置的ADC進行數據采集，外圍傳感器的輸出電壓可以采用單端或差分輸入的方式直接接入MSC1210Y5的8路通道，不需要任何附加的外圍電路，連接電路如圖2所示。

AD轉換部分一般情況下順序進行多信道數據采集，在上位機發(fā)來指令時，可以跳轉到相應的數據采集程序部分，在此列出一段采集程序。

MOV SBUF0,A 　?。粡拇诎l(fā)送回來，使用串口是工具檢查結果

JNB TI_0，＄

CLR TL_0

JMP K1

RET

5 結束語

MSC1210Y5可極大的減輕電路設計工作量，減小外圍電路規(guī)定，從而提高整個系統(tǒng)的可靠性，降低功耗，所研制的燈船水文氣象實測數據自動顯示助航系統(tǒng)水下分機在大亞灣等海域進行實驗，實驗結果表明數據采集可靠，精確度較高。