微型光譜儀的設(shè)計(jì)

1系統(tǒng)內(nèi)智能芯片a-d檢測(cè)器有很多類型，不同的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)傳輸速度、高精度和功耗有不同的要求。隨著單片機(jī)在各種智能儀器儀表中的廣泛應(yīng)用,出現(xiàn)了一些將A/D轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)內(nèi)核集成在一塊芯片上的數(shù)據(jù)采集芯片,ADμC812就是這樣一種芯片。ADμC812是自帶8通道12位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的新型單片機(jī),可設(shè)置為單次轉(zhuǎn)化或連續(xù)轉(zhuǎn)化,并可使單片機(jī)進(jìn)入外部觸發(fā)DMA模式。2系統(tǒng)總結(jié)本系統(tǒng)采用AT89C52和ADμC812兩個(gè)單片機(jī),實(shí)現(xiàn)對(duì)光譜的實(shí)時(shí)采集和顯示。系統(tǒng)總框圖如圖1所示。3a/d模塊設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件的時(shí)候,筆者讓ADμC812的A/D模塊工作在外部觸發(fā)DMA模式。ADμC812在本系統(tǒng)中主要是作為智能A/D采集模塊,以便使A/D采集電路的設(shè)計(jì)得到簡(jiǎn)化。3.1方案4:專機(jī)通訊接口在設(shè)計(jì)原理圖的時(shí)候,因?yàn)橄到y(tǒng)比較大,根據(jù)單片機(jī)不同將系統(tǒng)分為兩部分。通過(guò)制定一個(gè)通訊協(xié)議使兩個(gè)單片機(jī)之間能夠通過(guò)并行口進(jìn)行通訊。兩個(gè)單片機(jī)的通訊用到了12根口線。在兩個(gè)單片機(jī)中,都以P2口作為通訊數(shù)據(jù)線,P3.0、P3.1、P3.2、P3.3作為通訊控制線。圖1是原理圖的AT89C52部分,圖2是原理圖的ADμC812部分。3.2adc812mta轉(zhuǎn)換模式介紹3.2.1a/d轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)化是通過(guò)ADCCON1～3三個(gè)特殊功能寄存器來(lái)控制A/D轉(zhuǎn)換。(1)ADCCON1—控制轉(zhuǎn)換和采集時(shí)間MD1、MD0用于選擇工作模式:00:工作于節(jié)電模式01:工作于正常模式10:在沒有轉(zhuǎn)換時(shí)進(jìn)入節(jié)電模式11:在沒有轉(zhuǎn)換時(shí)進(jìn)入備用模式CK1、CK0選擇主時(shí)鐘分頻系數(shù),從主時(shí)鐘分頻來(lái)產(chǎn)生ADC時(shí)鐘,CK1—0為00～11,分別按1、2、4、8分頻。AQ1、AQ0選擇A/D采樣保持時(shí)鐘,分頻系數(shù)從A/D時(shí)鐘分頻產(chǎn)生,AQ1—0為00～11時(shí)分別按1、2、4、8分頻。T2C:定時(shí)器2溢出觸發(fā)位,通過(guò)置位該位,可使用定時(shí)器2的溢出信號(hào)作為A/D轉(zhuǎn)換觸發(fā)信號(hào)。EXC:A/D轉(zhuǎn)換外部觸發(fā)使能位,通過(guò)置位該位,可由外部引腳(CONVST)來(lái)觸發(fā)A/D轉(zhuǎn)換。(2)ADCCON2—控制通道選擇和轉(zhuǎn)換模式ADC1為中斷標(biāo)志位DMA為DMA模式使能位CCONV為連續(xù)轉(zhuǎn)換模式使能位SCONV為單次轉(zhuǎn)換模式使能位CS3、CS2、CS1、CS0為通道選擇位,用戶通過(guò)程序指定須進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的通道。CS3—0為0000～0111時(shí)指示8個(gè)通道號(hào),1000時(shí)指示溫度傳感器,1111為DMA終止信號(hào),其他情況保留。(3)ADCCON3用于給出A/D狀態(tài)指示位,只有第7位為BUSY位,其它位保留,BUSY位為只讀位,在一個(gè)有效的A/D轉(zhuǎn)換或校驗(yàn)周期中,該位為“1”,當(dāng)轉(zhuǎn)換或校驗(yàn)結(jié)束后,該位清“0”。3.2.2dma方式的設(shè)置順序在DMA模式下,無(wú)需MCU進(jìn)行控制,自動(dòng)將A/D轉(zhuǎn)化的結(jié)果存入指定的位置,并且由于采用流水線作業(yè)方式,上次數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和下次數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化可以同時(shí)進(jìn)行,具體操作如下:(1)DMA方式的具體設(shè)置順序:1)使A/D掉電:MD1、MD0設(shè)置為0。2)設(shè)置DMA方式的地址指針:通過(guò)設(shè)置DMAL、DMAH、DMAP來(lái)實(shí)現(xiàn),設(shè)置的順序?yàn)镈MAL→DMAH→DMAP。3)設(shè)置外部存儲(chǔ)器。(2)啟動(dòng)DMA方式的順序:1)將DMA位置高。MOVADCCON2,#40H2)設(shè)置ADCCON1來(lái)使ADC結(jié)束掉電、設(shè)置ADC時(shí)鐘和設(shè)置ADC轉(zhuǎn)化的觸發(fā)方式(本課題設(shè)為外部觸發(fā))。MOVADCCON1,#71H3)等待觸發(fā)信號(hào)。在外部觸發(fā)模式下,等待外部觸發(fā)信號(hào)。4對(duì)adc812的程序ADμC812的工作主要是進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)化,并根據(jù)AT89C52發(fā)下來(lái)的命令進(jìn)行相應(yīng)的處理。所以,ADμC812的程序還包括命令處理和通訊處理(與AT89C52之間的通訊)。AT89C52的工作主要是進(jìn)行按鍵掃描、顯示、根據(jù)掃描到的按鍵值結(jié)合系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的處理和與ADμC812進(jìn)行通訊。4.1從不同狀態(tài)的程在設(shè)計(jì)程序的時(shí)候,根據(jù)要進(jìn)行的工作分為幾個(gè)線程,各個(gè)線程又分為很多狀態(tài)。每個(gè)線程運(yùn)行所處的狀態(tài)有相應(yīng)的標(biāo)志位標(biāo)志出來(lái),當(dāng)一個(gè)線程需要和另一個(gè)線程協(xié)調(diào)工作時(shí),就根據(jù)狀態(tài)標(biāo)志得到該線程所處的狀態(tài),根據(jù)此來(lái)決定是否滿足要求。4.2關(guān)于單次通信協(xié)議兩個(gè)單片機(jī)之間的通訊具體有4條控制線,8條通訊線(P2口)。通訊時(shí),以啟動(dòng)通訊的單片機(jī)為主單片機(jī),另外一個(gè)為從單片機(jī)。4.2.1具體控制線及其功能(1)req主CPU發(fā)出通訊請(qǐng)求。(2)病例主CPU告訴從CPU數(shù)據(jù)/命令準(zhǔn)備好了。(3)嬰兒從CPU告訴主CPU處理好否。(4)d.o從CPU區(qū)分通訊線上是數(shù)據(jù)還是命令的標(biāo)志。4.2.2將所測(cè)監(jiān)控的req信號(hào)作為定保護(hù)機(jī)制的操作(1)主CPU控制線的具體操作:主CPU先發(fā)出REQ信號(hào),然后判斷BUSY是否為低,是低時(shí),就把要通訊的內(nèi)容發(fā)到通訊線上,設(shè)置D/O以便從CPU判斷接收到的內(nèi)容是命令還是數(shù)據(jù),最后再置RDY信號(hào)。再判斷BUSY是否為高,不是的時(shí)候就不能改變端口的值。(2)從CPU的控制線的具體操作:平時(shí)BUSY為高,一旦檢測(cè)到REQ信號(hào)就把BUSY變低,然后檢測(cè)RDY信號(hào)(在BUSY清零后不檢測(cè)REQ信號(hào)),得到RDY信號(hào)后就為低,把通訊線上的內(nèi)容讀取進(jìn)來(lái),操作完以后,把BUSY信號(hào)變高。(3)每個(gè)CPU內(nèi)都有一個(gè)命令操作完成標(biāo)志。5高精度a/d采集ADμC812作為一種新型的微控制器,具有一般單片機(jī)所不能比擬的強(qiáng)大功能。它內(nèi)部集成的8通道高精