摘 要：本文介紹了一種基于集成數(shù)據(jù)采集芯片ADmC824的超低功耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計，以及在線可編程技術(shù)在該系統(tǒng)中的應(yīng)用。研究了降低采集系統(tǒng)功耗以延長系統(tǒng)工作時間的數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)的設(shè)計方法。
關(guān)鍵詞: 低功耗數(shù)據(jù)采集；ADmC824；在線可編程技術(shù)

引言
油田參數(shù)采集、環(huán)境監(jiān)測、氣象監(jiān)測等工作中，經(jīng)常碰到在野外等特殊場合下長時間地采集記錄變化緩慢的物理量參數(shù)。這對數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)提出了低功耗、微型化和可與計算機連接的要求。本文以數(shù)據(jù)采集器芯片ADmC824為，采用多種方法有效地提高了系統(tǒng)集成度并大幅度降低了功耗。
本文介紹的系統(tǒng)由采集器、上器和系統(tǒng)上下層軟件三大部分構(gòu)成。采集器由電池供電，安裝于現(xiàn)場，可脫離系統(tǒng)按程序自動完成數(shù)據(jù)的采集和記錄；上器是記錄器與微機的硬件接口，完成采集程序的和采集完成后的數(shù)據(jù)上傳；系統(tǒng)下層軟件采用語言C51編制，大大縮短了開發(fā)時間，上層軟件采用VB編制，可以由計算機控制系統(tǒng)工作，并完成記錄器結(jié)果的讀人存儲和分析處理。

系統(tǒng)硬件設(shè)計
采集器硬件主要由以下幾部分組成：數(shù)據(jù)采集芯片ADmC824、閃速電擦除存儲器、電池、液晶顯示及串口通信。
數(shù)據(jù)采集芯片ADmC824
數(shù)據(jù)采集芯片ADmC824是整個系統(tǒng)的。它將8052內(nèi)核、兩路24位+16位??ADC、12位DAC、Flash、WDT、mP監(jiān)控電路、溫度傳感器、雙激勵恒流源、時間間隔計數(shù)器、SPI和12C總線接口等豐富資源集成于一體，體積小、功耗低、非常適合用于各類便攜式儀器。尤其需要指出的是它還有一個內(nèi)置的時間間隔計數(shù)器，可以實現(xiàn)128個小時的定時功能，并且可以用它實現(xiàn)掉電喚醒，這是普通單片機無法實現(xiàn)的。
閃速電擦除存儲器
對于獨立工作的數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)來說，數(shù)據(jù)記錄的存儲可靠性和存儲容量是至關(guān)重要的。Flash可在線讀寫，掉電數(shù)據(jù)不丟失，理論上，掉電數(shù)據(jù)可以保存超過10年，有明顯的優(yōu)越性。由于單片機選用了AdmC824，它可以很方便地訪問大于64K，可到16M的數(shù)據(jù)空間，而不需要額外占用十分緊缺的I/O口，也不用增加更多的譯碼、鎖存芯片，這也給進一步降低功耗提供了幫助。本系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)存儲器是128K的29EE011，根據(jù)實際情況還可以增加容量，原理相同。
液晶顯示
在低功耗系統(tǒng)中，必須采用功耗比較低的液晶顯示器，而不能使用功耗比較大的數(shù)碼管顯示。本系統(tǒng)中選用的是MDLS16265液晶顯示模塊。MDLS16265是5×8點陣的16×2(字符×行)字符液晶顯示模塊，它可以建立自己的漢字庫，可以保存8個漢字。在本系統(tǒng)中，建了6個漢字用于顯示。
串口通信
本系統(tǒng)采用了串行通信的方式與計算機相連接。選用的是ADM3202，它的體積比較小，工作穩(wěn)定，比較適合在便攜式儀器中使用。

系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件主要分上下層軟件，分別運行于個人計算機和采集器中。上層軟件主要完成對下層程序的調(diào)試、對采集器的在線控制采集、采樣數(shù)據(jù)的上傳與記錄分析；下層軟件主要是控制采集器定時正確的工作，采集并保存數(shù)據(jù)。
上層軟件
上層軟件采用VB編寫，可以實現(xiàn)與下層軟件的通信，主要實現(xiàn)用戶登陸、控制采集器在線采集數(shù)據(jù)、對歷史數(shù)據(jù)的調(diào)用分析，以及對采集器數(shù)據(jù)的上傳保存等功能。軟件成功地上傳數(shù)據(jù)后，可以將數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)文件形式(二進制或文本)保存在硬盤上，并可以進行例如作圖、列表等簡單的數(shù)據(jù)處理工作。軟件集成了ADmC824的程序，可以程序到系統(tǒng)，進行系統(tǒng)的升級修改。當然這不是必須的，也可以單獨使用它的調(diào)試工具進行程序的升級。
下層軟件
主程序基本流程如圖1所示。
在設(shè)計下層軟件時，根據(jù)系統(tǒng)的需要，充分利用AdmC824時間間隔計數(shù)器的獨特優(yōu)勢，即它可以定時一段明顯長于其他51單片機的時間，長可以達128小時，并且可以在掉電的情況下產(chǎn)生中斷喚醒單片機。這樣可以完成很多特殊情況的需要。整個系統(tǒng)下層軟件由幾個程序文件組成，包括主程序文件(DataSam.c)、中斷處理程序文件(Int.c)、顯示程序文件(Lcm.c)、初始化程序文件(McuInit.c)、采集程序文件(ADC.c)和存儲程序文件(Mem.c)。
軟件中降低系統(tǒng)功耗的方法
在系統(tǒng)中應(yīng)充分利用ADmC824的獨特設(shè)計。首先，充分利用系統(tǒng)的掉電模式。大部分MCU都提供了空閑(睡眠)的工作模式，這種方式喚醒到正常模式的方法比較靈活，可以被外部中斷、定時器或看門狗中斷喚醒，喚醒速度很快，但功耗降低得較少。而掉電方式下的功耗要比空閑方式小得多，所以系統(tǒng)選擇在掉電模式下工作。由于ADmC824在掉電模式下仍然可以被時間間隔中斷和外部中斷喚醒，所以這也為系統(tǒng)軟件設(shè)計帶來了很大的方便。可以不需增加復(fù)位就讓系統(tǒng)工作自如，并且還可以設(shè)置不同的間隔時間，本系統(tǒng)中設(shè)定的是一個小時采集。同時利用它的外部中斷喚醒功能可以隨時利用上位計算機對系統(tǒng)進行控制，實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)上傳分析和升級軟件等操作，十分方便。其次，時鐘頻率越高，系統(tǒng)功耗就越大。而ADmC824的頻率可以很方便地進行修改，它有一個片內(nèi)PLL控制寄存器PLLCON，利用其中的低三位可以為CPU設(shè)定八種不同的頻率。降低時鐘頻率，并不會對整個系統(tǒng)的工作時間造成太大影響，卻可以顯著地降低功耗。

結(jié)語
本文介紹了一種基于集成數(shù)據(jù)采集芯片ADmC824的超低功耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計，討論了降低系統(tǒng)功耗、延長工作時間的一些措施及在線可編程技術(shù)在本系統(tǒng)中的應(yīng)用。由于ADmC824的集成度非常高,所以系統(tǒng)的硬件也非常簡單,系統(tǒng)功耗主要來自于ADmC824自身以及液晶顯示、存儲和通信芯片。而它們在短暫的工作時間之外都是處于掉電狀態(tài)之下,所以功耗非常低,其中ADmC824在掉電方式下工作的電流只有5mA?！?/P>

參考文獻
1 徐愛鈞. 智能化測量控制儀表原理與設(shè)計. 北京航空航天大學出版社，1995
2 徐愛鈞. 單片機語言C51 Windows 環(huán)境編程與應(yīng)用. 電子工業(yè)出版社，2001
3 ADmC824 User’s Manual. Analogy Devices. Inc, 2000
4 ADmC824 Datasheet. Analogy Devices. Inc, 1999
5 ADM3202 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/ADM3202_1055608.html.