基于MSC1200的多通道温度采集器的研制

　　0　引言

　　计量部门对环境试验设备进行温湿度校准的过程中需要高精度的测量设备,以保证校准结果的准确可靠。目前国内计量部门所使用的这类设备大致可分为两种解决方案:一种方案是直接采用现成的数据采集器如Agilent34970A及其配套的采集卡,或者采用keithley2700数字表和其配套的采集卡组成高精度多通道温度采集系统。这种方案测量准确度高,可靠性好,但是成本高;另一种方案是自行研制多通道的温度采集装置。近年来,随着高精度A/D转换器件价格的不断下降以及A/D转换器件功能的不断完善,研制廉价的多通道、快速、高精度温度采集系统成为可能。

　　本文介绍我所研制的以MSC1200作为测量、信号处理以及通讯核心的多路高精度温度采集系统。该系统测量通道易于扩充,温度测量精度高,可以快速地进行多通道高精度温度测量。

　　1　温度采集器的整体设计方案

　　MSC1200微处理器集成了一个增强型8051内核,有8路模拟输入通道和一个24位低功耗(4mW)Δ-∑A/D转换器;一路8位电流输出DAC,片内集成4K或8K字节FLASH。其内部包含完整的前向通道,并有多路开关,可以选择差分或者单端对地的输入形式;它的内部放大器为可编程增益放大(PGA),可以选择增益值(在1~128之间可调)。因此,对于一些传感器输出的微弱信号可以直接接入MSC1200的输入端,无须在电路中再增加中间的放大环节,这对于系统设计是十分有利的。此外MSC1200内部还包含一路可编程输出的电流型DAC,可作为热电阻测量电路的恒流源,这些是完成测温系统的必需部分。这样功能完备的片上系统,需要的外围电路很少,整机结构显得异常简洁。

　　本设计采用主从式结构,用计算机作为上位机,控制数据采集器各项参数。单片机的数据采集器基本结构如图1所示(虚线方框内为MSC1200部分)。

　　2　温度采集器的硬件设计

　　在模拟信号输入方面,MSC1200可以直接获得由传感器传来的低电平差分信号或单端信号。其ADC在数据输出速率为10Hz时可以得到22位的有效分辨力。本系统可连接的温度传感器类型包括热电阻和热电偶,热电偶本身产生热电势可直接与输入端相连,热电偶的冷端温度由MSC1200内部的温度传感器测得。而热电阻则是通过MSC1200的IDAC提供的恒流源将电阻信号转换为电压信号来进行测量。

　　在数字性能方面,MSC1200的内核与8052微处理器的内核完全兼容,使其具有良好的兼容性和很强的数据处理能力。而且它是优化了的8051内核,即在相同的时钟频率下,它运行速度比标准的8051单片机快3倍,因此,使用较低的外部时钟频率就可获得与标准的8051单片机相同的性能。这不仅降低了系统噪声和电源功耗,而且还提高了系统的处理能力。