基于MSCl210Y5的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
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關(guān)鍵詞：MSCl210Y5；多通道；數(shù)據(jù)采集
1 引言
以MSCl210Y5為核心的數(shù)據(jù)采集部分在工作時投放于水下，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高的可靠性及精確度，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(shù)。筆者在燈船水文氣象實測數(shù)據(jù)自動顯示助航系統(tǒng)水下分機的設(shè)計中，成功應(yīng)用了具有增強型8051內(nèi)核微控制器和閃存的精密模數(shù)轉(zhuǎn)換器MSCl210Y5，避免了微控制器和AD轉(zhuǎn)換電路的單獨分立設(shè)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 MSCl210Y5的特性
MSCl210Y5是TOFP-64封裝的低功耗完全集成混合信號IC。供電電壓為2.7 V~5.25 V，它具有高精度的積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，ADC采用Sinc3濾波器，具有24 bit分辨率和24 bit無遺漏碼，且采樣速率可調(diào)，在要求高精度的單周期轉(zhuǎn)換時，ADC可以選擇合適的濾波器、8路差分/單斷通道、片內(nèi)偏置/增益校正、偏置數(shù)模轉(zhuǎn)換器、高達32 KB的閃速數(shù)據(jù)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。MSCl210Y5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，用作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/0口，具有復(fù)用功能。
DVDD：數(shù)字供電。
DGND：數(shù)字地。
RST：復(fù)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(fù)位。
AGND：模擬地。
AVDD：模擬供電。
AINO-AIN5：模擬輸入通道0-5。
MN6,EXTD：模擬輸入通道6，數(shù)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(fù)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一同用作輸入，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，這一引腳也可選作晶體振蕩器時鐘，調(diào)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(shù)據(jù)存儲器時將每次省去一個ALE脈沖。在編程模式下ALE用作輸入，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.O-P0.7：端口0是雙向I/O口，具有復(fù)用功能。
P1.0-P1.7：端口1是雙向I/O口，具有復(fù)用功能。
3 與數(shù)據(jù)采集相關(guān)的寄存器介紹
ADC補償校準寄存器低(中，高)字節(jié)OCL(OCM，0CH)是ADC補償校準的24 bit字的低(中，高)字節(jié)。寫入該字節(jié)的數(shù)值用于設(shè)定ADC補償校準的數(shù)值。
ADC增益校準寄存器低(中，高)字節(jié)GCL(GCM，GCH)是24 bit ADC增益校準字的低(中，高)字節(jié)。寫入該字節(jié)的數(shù)值用于設(shè)定ADC增益標準的數(shù)值。
ADC乘法寄存器(DMUX)的位7-4：INP3-O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-O：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(jié)果寄存器低(中，高)字節(jié)ADRESL(ADRESM，ADRESH)包含ADC轉(zhuǎn)換器結(jié)果的24 bit的低(中，高)字節(jié)。從ADRESL寄存器讀取數(shù)據(jù)時會復(fù)位ADC中斷。
ADC控制寄存器O,1,2的設(shè)置功能包括熄火監(jiān)測、內(nèi)部參考電壓使能、內(nèi)部參考電壓選擇、緩沖使能、可編程增益放大器增益設(shè)置、ADC運算結(jié)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(shù)據(jù)采集的軟硬件設(shè)計
筆者在燈船水文氣象實測數(shù)據(jù)自動顯示助航系統(tǒng)水下分機的設(shè)計中采用MSCl210Y5作為水下分機的微控制器，用其內(nèi)置的ADC進行數(shù)據(jù)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MSCl210Y5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(zhuǎn)換部分一般情況下順序進行多信道數(shù)據(jù)采集，在上位機發(fā)來指令時，可以跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集程序部分。在此列出一段采集程序。
5 結(jié)束語
MSCl210Y5可極大地減輕電路設(shè)計工作量，減小外圍電路規(guī)模，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(shù)據(jù)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(jié)果表明數(shù)據(jù)采集可靠，精確度較高。
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