基于片上系统芯片的传感器模块设计

3.4 信号调理存储电路设计

数据采集系统的设计过程中，输入数据采集系统的电信号与ADC的输入范围并不一定匹配，因而，一般不直接送入ADC进行转换，必需对输入的信号进行信号调理，经过信号调理后的模拟信号符合ADC的要求。将传感器送来的信号送入放大器OPA4350，此时放大器OPA4350形成一个电压跟随器，起到阻抗变换的作用，以增大输出电流。从放大器输出的信号输入ADuC812控制器的AD转换通道进行数据采集。

由于ADuC812内部只有256字节数据RAM，因此，需外扩大容量RAM，在此选用了IS61C256，扩展了32K数据区。考虑到ADuC812内部集成了640字节Flash，可以作为电子数据表格的存储区，所以无需外扩Flash存储器。

3.5 在线下载与调试

程序存储器阵列可以按两种模式之一来编程:一种是串行下载(在线编程)模式；另一种是并行编程模式。并行编程模式与常规的第三方提供的闪速或EEPROM器件编程器完全兼容，但应用起来较复杂，需要对ADuC812中支持并行编程所需的外部引脚进行配置。所以，在本模块的开发和调试过程中采用的是串行下载模式。作为工厂引导代码的一部分，ADuC812本身具有在线编程的程序，使经过标准UART串行接口实现串行代码下载变得容易，只需通过一个与地相连的1kΩ电阻将ADuC812的/PSEN引脚拉至低电平，那么上电时器件将自动进入串行下载模式。本系统使用图4的RS-232接口电路，从而实现上位机与ADuC812的串行接口通信。

4 传感器模块软件设计

程序软件是系统的灵魂，系统依靠程序软件的运行实现传感器模块的所有功能。程序软件的合理设计可以有效的发挥扩展系统硬件的功能。本模块的软件设计模型的结构化来自于IEEE1451.2标准的结构。系统的处理器是与51系列单片机兼容的ADuC812，可以采用面向MCS-51的程序设计语言，包括ASM51汇编语言和C51高级语言。与以往的80C51单片机不同，ADuC812具有在线调试和下载功能，它由支持ADuC812的开发工具包Quickstart开发系统来提供。也就是说，在用户系统保留ADuC812的情况下，通过开发系统与ADuC812的串行接口通信，直接对用户系统进行调试。

1、STIM的软件模块。

STIM必须包含一个TEDS、控制与状态寄存器、通道、中断标志、地址和函数编译逻辑、数据传输与处理函数，触发和触发承认函数、一个TII驱动和一个传感器接口。IEEE1451.2STIM的软件分了四个主要部分:(1)传感器接口STIM模块；(2)传感器独立接口TII模块；(3)电子数据表格TEDS模块；(4)地址与函数功能模块。

2、数据采集程序。

为了使数据采集系统得到高精度的数据，不但硬件上需要采取上述的一些抗干扰以及提高精度的措施，如对供电电源进行严格稳压处理，对ADC输入信号进行RC高频滤波，采用高精度、高稳定度的ADC基准源，采用高精度的传感器等等，同时软件上的优化也相当重要，合适的软件设计能进一步提高精度，提高数据采集系统整体性能。

3、TEDS下载程序。

本系统的TEDS下载程序是RS232串行通讯程序，分为单片机程序和上位机程序两部分组成。这里研究单片机程序的开发。PC机和单片机之间要实现串行通信，除了要遵守RS232串行通讯协议外，还必须具有各自的通信应用软件。通信软件的设计思路是：PC机为主动方式，在通讯开始后由PC机向单片机发送请求，单片机返回应答信号，通讯正常后，单片机根据PC机发送来的命令，执行相应功能并应答。单片机流程图如图5。

5 系统测试

本测试系统的大体设计思路是：以ADuC812作为下位机，当接收到上位机的指令采集数据，通过串口将采集到的数据传给上位机，上位机将得到的测试数据很容易被转化成直观的图表等形式，并可以保存于计算机中以便将来使用。本系统需要为单片机和上位机分别编制软件，以实现数据的沟通，本系统采用VB来编写上位机的程序，用汇编语言来编写ADuC812的程序。由于VB具有MSCOMM控件，我们可以很方便地用串口来采集所需要的数据。而且，VB的程序通俗易懂，移植性较强，开发简单、周期短，绘图功能强大，特别适合应用到需要绘制曲线的系统。

本文作者创新点: 本文对研制的传感器模块进行了全面的介绍，本系统的研究为IEEE1451网络化智能传感器的研究奠定了一定的基础，为开发各种标准化的IEEE1451传感器模块STIM提供了范例。