基于MAX197的高精度数据采集系统

O 引言 常见 的八位模 数转 换芯片 (如ADC 0809 [ 3 等 ) 设 ] 计 的系统 比较 简 单而 且成本较 低 , 但 有 时八位 的精 度是 不够 的, 这 时我们 就 不得不选 用更 高精度 的模数转 换芯 片 , 其 中MA x 19 7就 是一款 性价 比很 好 的1 位精度 模数转 2 换芯片 "M X 197芯 片是美 国Max m 公司的快速模数转换芯 A i 片 , 转换时 间最 小仅为6 p s , 相对于ADC0809 的100 协S 要短得 多 "它 的输 入信号带宽可达5 M z , 有 1 位并行 的 H 2 三态 数据接 口 " 另外M X 19 7片 内包含高精 度 的参考 电压 A 源 和时钟 电路 , 因此 它只 需要很简 单 的外 部 电路 即可完 成模数转换功 能, 应用非常方便 " 1 M X 9 芯 片的特点及性能 : A 1 7 1.1 MA 19 的 主要 优 点 : X 7 ) l 仅使用单 S V 电源供 电; 2 ) 线性度 ; 3 四种量程 可选 : O一 )
g en erally b et e en s 一 it a d 2 4 一 i T k i g a 12 b it r so lu ti n d ata a eq u isi o n sy stem a s e x am P le , w h i h 15 d e si n ed b a se d on w b n b t. a n e o ti e g M ax im ,5 M A X 19 7 a d A t el,5 A T 8 9 5 5 2 , t e d e sig a P ro aeh o f M C U h i h r so l tio n d a ta ae q u isi n sy stem an d th e m e t od n n l h n p g e u tio h o f M C U d ig i l f lter n g a e d e scr b e d in d e tail. ta i i r i K e y W o r d s : M C U ; d a t a eq isiti n : d ig i l f lter a u o a t i
值即 为所 选摸找之 信号愉 人通 通
作模 式: 外部时钟模式 ! 内
部 时钟摸式 ! 等待模式 ! 掉 电模 式
为 内部控 制 捕 获
方式 , 置 - 10 ,
别 为 : O V ~ -V ! 一 一 叭一
十-气! O V 一 十 !10 IO! ! " V 一 1口
道
如
1注 . 即表 示选 择模 川 模
应 用 设 计 A pplcaton D esi i i gn
电子杖 术
F L EC I.RO N IC T E C H N O LO C Y
基于MAX 19 的高精度数据采集 系统 7
许亚男 高清维 翟 寄文 汪小武 (安徽大学 , 电子科学与技术学 院) 摘 要 : 模数 (A/ ) 转换芯片广泛应用于数据采集和信号检测 中, 其精度 一般在8 一2 位 之 间 "主 要 以MA X工 公司 D 4 M 的M X 197 [ l] 模数 转换芯片和ATM L 公司的A T895 2 [ 2 1 单 片机 设计的1 位精度数据采集系统 为例 , 详细 说明 了单片 A E 5 2 机高精度数据采集系统 的设计方法及单片机数字滤波 的方法 " 关键 词: 单片机 ; 数据 采集: 数字滤波
拟储 号输 入通i / 叮H 6 . 旧 .
方式 为外 部控 制 捕获 获
2 1 位分辨率 , 1/ZLS B 2 高精度数据采 集系统的硬件及软件 实现 2 .1 高精度数据 采集 系统 的硬件 电路 本 系统 使用5 系列单片机 中性 能较为优越 的AT8 9552 1 作为主处理 芯片 "AT 895 52是AT M L 公 司2 0 年推 出的新 E 0 1 型八位 单片机 "它具有S K 的F A H 作为通用 的程 序存储 L S 空间, 以及 具有可在 系统编程 等优秀特点 " 使用AT89s 2和M Ax 197设计 的数据采集系统 电路原理 5 图 女 1所 示 " [ l图 图 l 数 据 采 集 系统 电 路 原 理 图 (参 见 卜 ) 页 如 图1所 示, 将MA X 197 的八位 数据 线与单 片机 的P 口 0 相 连 , 用于 写控 制字 和读 数据 ; HB E N与 PZ I相连 , 控 制 读 数 据 的 高 四 位 或 低 八 位 ; M AX 19 7 的而 和 丽 弓 分 别 硕 !脚 接 AT8 95 52 的 豆 石和 丽 引 脚 ; 片 选 瓦 引 脚 接 A T 8 9 5 5 2 反 的P 2 2 脚 " 2 .2 高精 度 数 据 采 集 系 统 的汇 编 程 序 卜 面是 上述 系统 电路采用 中断 方式采 集数据 的主 要 程序 :
LJMP
STAR T
应 用 设 计 A pplCati D esi i on gn
电子杖 术
五L E C T R O N I C T 万C H N O L O G Y
POP A RETI
EN D .
;中断现场恢复 ;中断返回
驯 髦日 0缪/ 0非 弓/妥 互 / /毛/ 鑫日 :::;::;; ::理 ;: 馨看 ;:遥:
FLAG N MO V : CLR A, 38 H CY
R C A
吕众
马
;高位 左移 低位左移
A
图1 数据采集系统电路原理图
MO V MO V
38 H , A A, 30H
V v A T S 0 M J L G R O .
R P T
0003H
IN R O T 0033H DPTR A,
;AT8 95 52中断, 0 .入 口地址
A b st r a e t : 户 D J eo n v er er eh iP s a r t e w i ely u sed in t e d a ta a eq u isi n an d sig a l d etee ti n sy stem s. Its re so l tio n 15 d h tio n o u
2.3 单片机数字滤波的实现 对于 随机噪 声干扰很严 重 的情 况 , 也可 以对 采集转 换后 的数据进行 数字滤 波 "对 于随机 信 号的干 扰 , 我们 可 以采 用采样 若干次 再求其平 均值作 为最 终 结果 的方法 来进行 数字滤波 "单 片机 中求 均值 的主要 思想 是 : 对采 样 的数据先做带进位 的加法 , 然后通过移位的方法来完成 除法运算 (右移 一位相 当于除 以2 "假 设采 集8 组数据 , ) 其 低八位 分别存储 在3 H ~ 3 H 单元 , 高八 位分 别存储在 0 7 8 3 H ~ 3 H 单元 "滤波后 的数据低位 存储在30 单元 , 高位 F H 在38 单元 "汇编程序可如下编写 : H
RRC A
O M V 30H,
DJ Z RO, N .
பைடு நூலகம்FLAG N
#0000H :19 7控制字地 址 # 50H :内部时钟 ! 内部捕获 , 0 一10V ,
A
通 道 CHO
咖 VX @DPTR,
;初始化完成
END INTRO :
P U SH PU SH PU S H A D HL D PH
;其他程序 ;中断服 务程序 ;中断现场保护
表 1 撇x 1 7控制一的定 义 9 Z
M A 划 , , 的控制 字
工 咋 模 式 选 择 控 制 字
PD 卜 七PD 1 为 / ! 幻! ( JI! 1 0! !
D,八B) 1 侣) PDI I
一
PDO O
捕获 方 式 控制
空 一 , 贾 / n0 片月
ACQ卜D O I
量 程 选 择 控 制 字 "
R N G & E IP 为 - )戒 0 1 ! #t )!
D1 } 1 RNG G B仰 仰
摸拟信 号输 入通i 度选择 控制 制
宇 A Z改 ! l及 \0 的 二 制 码 进
nZ 一 " {,)" B ,: ,L! ! { ! 一 2 ,
1 . 时分 别对应 以下 四种 工
0 1 ! 1 0 时对庄的 量程分 分
ORG 0 O0 0 H
+ SV ! 0一 + 10V ! 一5 一 + SV ! 一 10 一 + 10V ; 4 ) 8
路 模 拟 输 入 通 道 , 具 有 输 入 电压 保 护 ( 一 16 . 5 一 + V
16 .SV ) ; 5 ) 最小 6 p s转 换时 间, 最大 100 kb/ s采样 率 ; 5 内部 4.0 6 参考 电压 ; 6 两种掉 电工作模 式 , ) 9 V ) 两种工作时钟可选 , 两种采 集模 式可选 " 1.2 MA X197的采集模式 1.2.1 内部采集模式 通过写入 清零ACQ MOD 位 (AC QMOD =0 的控制字选择 内 ) 部采集 模式 " 在这种 模式 下 , 一个写 脉冲将触 发一个 内 部捕获周期 , 并且此捕 获周期是 内部定时 的, 为6 个时钟 周期 " 当这6个时钟周期的捕获间隔结束时, 转换开始 " 转 换时间是 1 个时钟周期 , 不论 内部或外部采集 模式 " 2 1, 2 .2 外部采 集模 式 用 两个 独 立 的 写脉 冲控 制 捕 获 和 转 换 的 开始 " 第 一 脉 冲, 与AC QMOD = 一起 , 开始 一个不确 定 长度 的捕获 间 1 隔 ; 第 二 个 写 脉 冲 与A Q O = 0 一 终 止 捕 获 并 在 写脉 冲 C M D 起 的上升 沿开 启一 次转换 " 然而 , 如 果第二 个控制 字包 含 A CQ M O D = 1 , 一个不确 定的捕 获间隔时间将被重新触发 "
外部采 集模式 可 以更 加精确 地控 制采 样 间隔 , 并可独立 控制捕 获和 转换时间 " 1.3 MAX 197的 控 制 字 M AX 19 7有 8位 控 制字 , 分 别控 制 着此 芯 片的 工作模 式 ! 捕 获方 式 ! 量程选 择 ! 模拟 输入 通道 选择 , 其具体 定 义 如 表 1所 示 :
O M V RO, O M V R I, #30H #38H
#弓 1 爵 #
吴 雏氢 日昌 /到 /只又昌 弱
妇 }
干
Mov RZ, #07H :加法计数 "8组数据 , 累加 7次 AGA工 : CLR CY N ;清零进位标志位
MOV A, 30H
IN C
RO
ADD A, @RO :低八位相加 O M V 30H, A :低八位和放在30H
3 结束语 本 文主要论述 如何采 用高精度模 数转 换芯 片M x 197 A 和5 系列 单片机A T89552 设计 高精 度数据采集 系统 "给 出 1 了系统设 计思想 ! 硬件及 软件 的详细 设计 , 介绍 了单片 机数 字滤 波技术 的基本原 理和实 现方 法 "此 系统 具有精 度高 ! 转换速度快 ! 程序简单 ! C U 占用率低等特 点 " P 参考文献 : [l] Maxim Integrated Produets.M X 197 New A Releases Data ook [R]. 1997. B [21 Atm 1 C 砚 ratio .A 89 52 D tal 力 [R 8. 2( 1. e o 刀 n T 5 a k k ) X
A H ig h A e e u r a e y D a ta A c q u isitio n S y st e m
B a se d o n M A X 1 9 7
X u y ,nan Z h aiJiw en G ao Q ing ei W ang X iaow a w u (I st t te ofE leet nie S eienee a d T eh ology , A nh uiU n i n iu o r n e n versit ) y
MOV A, IN C Rl 38H
巍" ::""" l, "" 薯 :薯
A DDc A , @R ;高八位带进位 加法 1 M OV 38H, A :高八位和放在38H DJ z RZ, N AGA N ; 组数据未加完 则继 续 " 加完则 I 8 开始求均值 " MOV R , 如3 ;设置右移次数, 右移3次相当于除以8 O H