基于MAX197的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
1 MAX1 97芯片的特點(diǎn)及性能:
1.1 MAX197的主要優(yōu)點(diǎn):
1)僅使用單5 V電源供電;2)12位分辨率,1/2LSB線性度;3)四種量程可選:0~+5V、0~+1OV、-5~+5V、-10~+10V:4)8路模擬輸入通道,具有輸入電壓保護(hù)(-1 6.5v~+16.5V);5)最小6 μ s轉(zhuǎn)換時(shí)間,最大100 kh/s采樣率;5)內(nèi)部4.096V參考電壓;6)兩種掉電工作模式,兩種工作時(shí)鐘可選,兩種采集模式可選。
1.2 MAX1 97的采集模式
1.2.1 內(nèi)部采集模式
通過寫入清零ACQMOD位(ACQMOD=0)的控制字選擇內(nèi)部采集模式。在這種模式下,一個(gè)寫脈沖將觸發(fā)一個(gè)內(nèi)部捕獲周期,并且此捕獲周期是內(nèi)部定時(shí)的,為6個(gè)時(shí)鐘周期。當(dāng)這6個(gè)時(shí)鐘周期的捕獲間隔結(jié)束時(shí),轉(zhuǎn)換開始。轉(zhuǎn)換時(shí)間是12個(gè)時(shí)鐘周期,不論內(nèi)部或外部采集模式。
1.2.2 外部采集模式
用兩個(gè)獨(dú)立的寫脈沖控制捕獲和轉(zhuǎn)換的開始。 第一脈沖,與ACQMOD=1一起,開始一個(gè)不確定長度的捕獲間隔; 第二個(gè)寫脈沖與ACQMOD=0一起終止捕獲并在寫脈沖的上升沿開啟一次轉(zhuǎn)換。然而,如果第二個(gè)控制字包含ACQMOD=1,一個(gè)不確定的捕獲間隔時(shí)問將被重新觸發(fā)。外部采集模式可以更加精確地控制采樣間隔,并可獨(dú)立控制捕獲和轉(zhuǎn)換時(shí)間。
1.3 MAX197的控制字
MAX197有8位控制字,分別控制著此芯片的工作模式、捕獲方式、量程選擇、模擬輸入通道選擇,其具體定義如表1所示:
2 高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件及軟件實(shí)現(xiàn)
2.1 高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件電路
本系統(tǒng)使用51系列單片機(jī)中性能較為優(yōu)越的AT89S52作為主處理芯片。AT89S52是ATMEL公司2001年推出的新型八位單片機(jī)。它具有8 K的FLASH作為通用的程序存儲空間,以及具有可在系統(tǒng)編程等優(yōu)秀特點(diǎn)。
使用AT89S52和MAX197設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路原理圖如圖1所示。
如圖1所示,將MAX197的八位數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的P0口相連,用于寫控制字和讀數(shù)據(jù);HBEN與P21相連,控制讀數(shù)據(jù)的高四位或低八位;MAX197的RD和WR引腳分別接AT89S52的RD和WR引腳;片選CS引腳接AT89S52的P22腳。
2.2 高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的匯編程序
下面是上述系統(tǒng)電路采用中斷方式采集數(shù)據(jù)的主要程序:
ORG 0000H
L JMP START
2.3 單片機(jī)數(shù)字濾波的實(shí)現(xiàn)
對于隨機(jī)噪聲干擾很嚴(yán)重的情況,也可以對采集轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波。對于隨機(jī)信號的干擾,我們可以采用采樣若干次再求其平均值作為最終結(jié)果的方法來進(jìn)行數(shù)字濾波。單片機(jī)中求均值的主要思想是:對采樣的數(shù)據(jù)先做帶進(jìn)位的加法,然后通過移位的方法來完成除法運(yùn)算(右移一位相當(dāng)于除以2)。假設(shè)采集8組數(shù)據(jù),其低八位分別存儲在30H~37H單元,高八位分別存儲在38H~3FH單元。濾波后的數(shù)據(jù)低位存儲在30H單元,高位在38H單元。匯編程序可如下編寫:
3 結(jié)束語
本文主要論述如何采用高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片MAX197和51系列單片機(jī)AT89S52設(shè)計(jì)高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。給出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想、硬件及軟件的詳細(xì)設(shè)計(jì),介紹了單片機(jī)數(shù)字濾波技術(shù)的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法。此系統(tǒng)具有精度高、轉(zhuǎn)換速度快、程序簡單、CPU占用率低等特點(diǎn)。
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