基于MSC1210Y5的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1 引言

以msc1210y5為核心的數(shù)據(jù)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(zhǔn)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msc1210y5，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 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(shù)轉(zhuǎn)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(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32kb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。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(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。

ain0-ain5：模擬輸出通道0-5。

ain6，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(fù)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(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(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補償標(biāo)準(zhǔn)寄存器低（中，高）字節(jié)ocl（ocm，och）是adc補償校準(zhǔn)的24bit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(zhǔn)的數(shù)值。

adc增益校準(zhǔn)寄存器低（中，高）字節(jié)gcl（gcm，gch）是24bitadc增益校準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的數(shù)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(fù)通道，用來選擇負(fù)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24bit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，0，1，2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(biāo)準(zhǔn)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msc1210y5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(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。