新型單片機(jī)ADμC812在存儲測試系統(tǒng)中的應(yīng)用
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1 引言
ADμC812是美國ADI(Analog Devicelnc)公司生產(chǎn)的高性能單片機(jī)，是全集成的12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它在芯片內(nèi)集成了高性能的自校準(zhǔn)多通道ADC(8通道12位高精度)、2個12位DAC以及可編程的8位MCU(與8051兼容)。片內(nèi)有8kB的閃速／電擦除程序存儲器和在線下載／調(diào)試／編程的功能、640B的閃速／電擦除數(shù)據(jù)存儲器、256B片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器以及與8051兼容的內(nèi)核。另外MCU支持的功能包括看門狗定時器、電源監(jiān)視器以及ADCDMA功能。同時為多處理器接口和I／O擴(kuò)展提供了32條可編程的I／O線、與12C兼容的串行口、SPI串行接口和標(biāo)準(zhǔn)UART串行接口。MCU內(nèi)核和模擬轉(zhuǎn)換器均有正常、空閑和掉電工作模式，在工業(yè)溫度范圍內(nèi)器件可在3V和5V兩種電壓下工作，提供了適合于低功耗應(yīng)用的靈活的電源管理方案。
2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和主要特點
ADμC812單片機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，主要特點如下：
(1)具有高速(200kSPS)8通道12位高精度的ADC，片內(nèi)40 × 10-6／℃電壓基準(zhǔn)，片內(nèi)集成溫度傳感器。ADμC812單片機(jī)的ADC有三種工作模式：用軟件或通過把轉(zhuǎn)換信號加至外部引腳CONVST可以執(zhí)行單步或連續(xù)轉(zhuǎn)換模式；用定時器T2產(chǎn)生A／D轉(zhuǎn)換的觸發(fā)信號執(zhí)行單步或連續(xù)轉(zhuǎn)換模式：配置ADC工作在DMA模式。在DMA模式，ADC連續(xù)采樣并把采樣結(jié)果自動寫到預(yù)定的外部RAM空間，而不需要來自MCU核的任何干預(yù)。這種模式可以實現(xiàn)200kSPS高速A／D轉(zhuǎn)換，DMA模式尤其適用于要求高速采樣數(shù)據(jù)流的存儲測試系統(tǒng)。
(2)DPP數(shù)據(jù)頁指針可以訪問最大為16MB的大容量外部數(shù)據(jù)存儲器。ADμC812具有擴(kuò)展64kB的程序存儲器和16MB的數(shù)據(jù)存儲器。圖2為擴(kuò)展16MB數(shù)據(jù)存儲器的接口電路。PO作為分時復(fù)用的地址／數(shù)據(jù)總線，它先送出數(shù)據(jù)指針的低位字節(jié)(DPL)作為低位地址， 由ALE鎖存到低位地址鎖存器，然后給出數(shù)據(jù)(寫操作時)或變?yōu)楦咦钁B(tài)(讀操作時)， 由SRAM把數(shù)據(jù)加載到數(shù)據(jù)總線。P2口在PO口送出數(shù)據(jù)指針的低位字節(jié)的同時，它送出數(shù)據(jù)指針頁字節(jié)(DPP)，并由ALE鎖存到高位地址鎖存器，然后給出數(shù)據(jù)指針的高位字節(jié)(DPH)作為中位地址。當(dāng)P2口沒有外接鎖存器時，DPP被忽略，ADμC812同8051一樣訪問外部64kB數(shù)據(jù)存儲器。
(3) ADμC812可以工作在低電壓、低功耗的省電模式。它町以在3V或5V電壓下工作，具有正常、空閑和掉電模式。通過軟件可以控制芯片從正常模式切換到空閑模式，也可以切換到掉電(關(guān)閉)模式。在空閑模式下，振蕩器繼續(xù)工作，但不與芯片內(nèi)核接通，芯片上外設(shè)可接收時鐘信號并處于激活狀態(tài)。在掉電模式，振蕩器停止工作，所有片上外設(shè)被關(guān)閉，芯片在接收到硬件復(fù)位信號或重新卜電時，將從掉電模式恢復(fù)到正常工作模式。在掉電模式下，ADμC812消耗的總電流約為5gA。
3 在存儲測試系統(tǒng)中的應(yīng)用
由于ADμC812單片機(jī)具有高速高精度ADC轉(zhuǎn)換、靈活的電源管理方案和可訪問大容量外部數(shù)據(jù)存儲器等性能， 所以在存儲測試系統(tǒng)設(shè)計中，ADμC812單片機(jī)為首選。圖3為井下油氣壓力存儲測試系統(tǒng)功能圖。該系統(tǒng)由主機(jī)模塊、電源模塊、電源監(jiān)測模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和數(shù)據(jù)處理分析模塊組成。主機(jī)模塊為系統(tǒng)核心部分，它由ADμC812單片機(jī)、復(fù)位電路、時鐘振蕩電路、地址鎖存器和外部RAM芯片組組成。電源模塊是由升壓電路、穩(wěn)壓電路和反饋電路組成。鋰電池組向電源模塊輸入7．2V電壓，電源模塊向數(shù)據(jù)采集模塊輸出+12V電壓和向整個系統(tǒng)提供+5V穩(wěn)定的工作電壓。電源監(jiān)測模塊由監(jiān)測電路和指示電路組成，它不時地監(jiān)測電源的輸出，當(dāng)?shù)陀谡７秶鷷r，及時通知單片機(jī)保存有關(guān)數(shù)據(jù)，關(guān)閉有關(guān)端口，發(fā)出電源低的指示，系統(tǒng)進(jìn)入掉電工作模式。數(shù)據(jù)采集模塊由量程為0～100MPa的壓力傳感器、校正電路和信號運算放大器組成，完成數(shù)據(jù)的采集、放大功能。數(shù)據(jù)傳輸模塊由專用的PC232接口轉(zhuǎn)換電路組成，這是單片機(jī)與微機(jī)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?。?shù)據(jù)處理分析模塊具有數(shù)據(jù)過濾功能、數(shù)據(jù)比較功能、圖表顯示功能、圖表編輯功能、圖表打印功能和自動生成測試報告功能。
在該存儲測試系統(tǒng)中，觸發(fā)點的選擇是關(guān)鍵點，也是系統(tǒng)的技術(shù)難點。深井油氣壓力的測試要求測試系統(tǒng)必須在穿甲彈引爆的瞬間能準(zhǔn)確地跟蹤油氣壓力的變化，并實時地記錄下該時段的壓力變化。觸發(fā)點過早地啟動， 由于受到存儲空間的制約，勢必丟失一部分實用數(shù)據(jù)：觸發(fā)點啟動滯后，必將丟失引爆瞬間重要的油氣壓力峰值，導(dǎo)致測試失敗。所以說，在存儲測試系統(tǒng)中觸發(fā)點的控制尤為重要(限于篇幅，不詳述)。ADCm812單片機(jī)在采樣時工作在DMA模式。
4 結(jié)束語
在研制井下油氣壓力存儲測試系統(tǒng)的過程中，對單片機(jī)的選型查閱了大量的中、英文資料，最終選定ADmC812作為該系統(tǒng)的單片機(jī)，它不僅封裝體積小，而且測試系統(tǒng)所需的高性能硬件和功能幾乎都集成在片內(nèi)，經(jīng)使用系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠。
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