基于片上系统芯片的传感器模块设计

1、基于片上系统芯片的传感器模块设计随着网络时代的到来和信息化要求的不断提高，特殊是internet的不断普及和intranet在企业中日益增多，为此，将计算机网络技术和智能技术相结合就有须要和可能。智能传感器网络概念由此而产生。智能传感器网络化技术致力于讨论智能传感器的网络通信功能，将传感器技术，通信技术和计算机技术融合，实现信息的采集、传输和处理真正统一和协同。本文研制了一种基于片上系统芯片的传感器模块软硬件设计。2 传感器模块硬件系统结构传感器模块(stim)原理框图1所示，主要包括：变送器阵列模块、信号调理模块、多通道数据采集模块、teds模块及tii智能接口等部分。为了增加系统的集成度，

2、设计采纳了集成式的片上数据采集系统aduc812。传感器的输出信号经调理模块放大调理，输入至aduc812片内的多通道，adc对相应通道模数转换后，存储于ram中，然后通过tii智能接口将数据读入ncap。为了便利teds内容的升级与更新，系统采纳异步串行口来下载数据表格至aduc812的片内flash。此外，异步串行口还可用来下载和调试用户程序，便利系统开发。3 传感器系统硬件具体设计3.1 stim传感器前端信号采集设计采纳ad公司的ad590芯片实现的，它是单片集成两端感温源。其电路原理图2所示，其中r1=5.1k，r2=r3=10k，r4=2k，r5和r6分离选10k的电位器。ad59

3、0受温度变幻产生电流信号时，在r1两端产生电势差，从而在运放输入端产生信号，由加法电路举行调整零点漂移；由运放op07举行比例放大，放大倍数由电位器r6调整，使测试温度范围在0"65，输出电压相应为0"2.5v。3.2 复位电路设计aduc812需要外接por(power-on reset，上电复位)电路。上电复位电路在电源电压低于2.5v时，要使reset引脚保持高电平；而且，在电源电压高于2.5v时，reset引脚保持低电平起码10ms。在本模块中采纳特地的por芯片adm810设计的por电路。adm810是监控电路芯片，能够监控电源电压、电源故障和微处理器的工作状态

4、。复位信号reset用于启动或重新启动cpu，在上电期间只要电源电压vcc大于1.0v，就能保证输出高电平电压。在vcc升高期间reset保持高电平直到电源电压升至复位门(4.65v)以上，在超过此门限后，内部定时器大约再维持200ms后释放reset，使其返回低电平。无论何时，只要电源电压降低到复位门限以下(即电源跌落)，reset引脚就会变高，假如在已经开头的复位脉冲期间浮现电源跌落，复位脉冲起码再维持140ms。在掉电期间，一旦电源电压vcc降到复位门限以下，只要vcc不比1.0v还低，就能使reset维持高电平。3.3 tii接口模块tii接口是硬件设计的重点，该接口不是一种额外的网络

5、协议，而是衔接ncap和stim的接口，主要定义二者之间的点对点衔接，同步时钟的短距离接口。tii是基于spi协议的串口通信接口，其中din，dout，dclk和nioe完成通讯功能，ntrig和nack实现与stim有关的通道读写、触发和应答，stim用法nint信号要求从ncap得到服务，ncap用法nsdet信号检测stim模块，实现stim的即插即用。系统采纳aduc812的spi和其它的i/o资源来模拟实现tii十线接口。衔接暗示图3所示。为了实现stim模块的热插拔，需对tii接口的供电电源举行处理，可以在stim方面加入热插拔庇护电路，固然也可以在ncap方面加入庇护电路。本系统

6、在ncap方面加入了庇护电路。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，普通不挺直送入adc举行转换，必须对输入的信号举行信号调理，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opa4350，此时放大器opa4350形成一个电压尾随器，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转换通道举行数据采集。因为aduc812内部惟独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f

7、lash，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器件编程器彻低兼容，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举行配置。所以，在本模块的开发和调试过程中采纳的是串行下载模式。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简单，只需通过一个与地相连的1k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

8、串行下载模式。本系统用法图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，系统依赖程序软件的运行实现传感器模块的全部功能。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系列兼容的aduc812，可以采纳面对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80c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

9、的状况下，通过开发系统与aduc812的串行接口通信，挺直对用户系统举行调试。1、stim的软件模块。stim必需包含一个teds、控制与状态寄存器、通道、中断标记、地址和函数编译规律、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)传感器自立接口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，不但硬件上需要实行上述的一些抗干扰以及提高精度的措施，如对供电电源举行严格稳压处理，对adc输入信号举行rc高频滤波

10、，采纳高精度、高稳定度的adc基准源，采纳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。这里讨论单片机程序的开发。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，还必需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，在通讯开头后由pc机向单片机发送哀求，单片机返回应答信号，通讯正常后，单片机按照pc机发送来的指令，执行相应功能并应答。单片机流程图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，当接收到上位机的命令采集数据，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简单被转化成直观的图表等形式，并可以保存于计算机中以便未来用法。本系