基于MSC1210的多路高精度溫度采集系統(tǒng)模塊 [日期：2004-12-8] 來源：電子技術(shù)應(yīng)用 作者：胡永建 王曉梅 [字體：電阻、熱電偶等，這些器件需要定期校準(zhǔn)；在嚴(yán)格執(zhí)行GMP規(guī)范的制藥廠等企業(yè)，高溫滅菌需要定期進(jìn)行滅菌率的驗證；在某些要求進(jìn)行嚴(yán)格的溫度控制的場合，也需要進(jìn)行多點(diǎn)高精度溫度測量。這些工作往往需要一多路高精度測溫系統(tǒng)來完成。

在被測溫度變化緩慢的情況下，可以使用多路掃描開關(guān)配以一個高精度測溫表進(jìn)行多路溫度測量以及數(shù)據(jù)采集。但在溫度測量點(diǎn)數(shù)目較多、被測溫度變化較快的場合，如大量熱電阻、熱電偶的自動計量檢定系統(tǒng)以及高溫滅菌箱自動驗證系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的掃描式多路溫度測量系統(tǒng)不無法滿足要求了。近年來，隨著高精度A/D轉(zhuǎn)換器件價格的不斷下降以及A/D轉(zhuǎn)換器件功能的不斷完善，研制廉價的多路、快速、高精度溫度采集系統(tǒng)成為可能。

美國德州儀器公司（TEXAS INSTRUMENTS）新近推出了一種功能很強(qiáng)的帶24位A/D轉(zhuǎn)換器的微處理器MSC1210。MSC1210具有一些增強(qiáng)特性，特別適合測量高精度溫度、壓力傳感器等輸出的微弱信號。

本文介紹以MSC1210作為測量、信號處理以及通訊核心的多路高精度溫度采集系統(tǒng)模塊。該系統(tǒng)測量通道易于擴(kuò)充，溫度測量精度高，可以快速地進(jìn)行多路高精度溫度測量。

單片機(jī)，這里選用ATMEL公司的ATmega128。該款CPU采用Harvard流水線結(jié)構(gòu)以及RISC指令，并具有較大程序容量（128KB）的FLASH，在16MHz主頻下可以達(dá)到16MIPS的處理速度。

2 MSC1210的增強(qiáng)功能及使用注意事項

作為智能高精度測溫模塊的核心，MSC1210完成了微弱信號的多路切換、信號緩沖、PGA編程放大、24位∑-ΔA/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)處理、信號校準(zhǔn)以及SPI通訊等功能。

MSC1210集成了一個8通道24位∑-ΔA/D轉(zhuǎn)換器，采用8051兼容內(nèi)核。與筆者之前使用的ADuC824相比，其有如下增強(qiáng)的功能：

（1）CPU工作頻率可達(dá)33MHz，每條指令只需4個時鐘周期，運(yùn)算速度較快。

（2）采用非常靈活的FLASH與SRAM存儲器配置，，可以對片上FLASH進(jìn)行分區(qū)，根據(jù)需要設(shè)定程序FLASH與數(shù)據(jù)SRAM所占的比例。該寫次數(shù)可達(dá)一百萬次，數(shù)據(jù)可保存100年。

（3）片上RAM為1280B，有34個高電流驅(qū)動I/O，可以設(shè)外部存儲器的存取時間，使用雙數(shù)據(jù)指針提高存取速度，具有完善的節(jié)電功能，還用雙數(shù)據(jù)指針提高存取速度，具有完善的節(jié)電功能，還有電壓監(jiān)視器、21個中斷源、3個16位定時器計數(shù)器以及內(nèi)部時間間隔計數(shù)器（TIC）。

（4）自帶BOOT ROM，可以調(diào)試使用或在程序中調(diào)用內(nèi)置固化程序，完成在線調(diào)試、數(shù)據(jù)采集、UART通訊以及讀寫FLASH等工作，方便了編程以及調(diào)試。

電源以及信號接口采用統(tǒng)一的兩邊插針形式，便于直接插入主機(jī)母板。這里將比較有特色的標(biāo)準(zhǔn)熱電阻測量以及信號調(diào)理電路繪出，如圖3所示。

在圖3中，分壓電阻R12與R13為運(yùn)算放大器U2提供一個參考電壓，在R10上產(chǎn)生一個恒定的電流，經(jīng)Q1輸出。為了減少高精度低溫漂電阻的使用數(shù)量，R10、R12、R13均采用普通電阻。使用高精度低溫漂電阻Rr作為電流檢測電阻，將輸出電壓信號經(jīng)R2、R3送往MSC1210的一組差分輸入端，恒定電流通過四線標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻Rs，將產(chǎn)生電壓經(jīng)R4、R5送入MSC1210的另一組差分輸入端，經(jīng)MSC1210進(jìn)行四線法測量電阻的計算，以消除鉑電阻溫度計引線的影響。R2、R3、R4、R5是限流電阻，防止輸入電壓過高損壞MSC1210；D1、R6、C12提供一個參考電壓，使MSC1210有合適的差分電壓輸入。由于使用MSC1210的內(nèi)置電壓標(biāo)準(zhǔn)輸出，電容C9、C10、C11是不可缺少的。MSC1210具有內(nèi)置PGA（1～128），因此無需放大電路即可直接測量微弱信號。

4 高精度測溫模塊軟件的描述

在多路高精度測溫系統(tǒng)中，測溫模塊能獨(dú)立進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、擬合修正、分度轉(zhuǎn)換、與下位機(jī)的數(shù)據(jù)通訊，并通過SPI接口向上位機(jī)（主機(jī)）發(fā)送測量到的溫度數(shù)據(jù)，接收上位機(jī)發(fā)來控制指令，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置及校準(zhǔn)操作。與上位機(jī)通訊的指令采用不定長的ASC代碼指令，用不同的信令頭（SOT）代表不同的控制，并有CRC糾錯以保證數(shù)據(jù)正確傳輸，信令有統(tǒng)一的結(jié)束碼（EOT）。

在測溫模塊的MSC1210的程序功能中，分度轉(zhuǎn)換是重要的組成部分，也是耗時較多的計算過程，這里簡要說明一下。

對于高精度溫度測量，需要考慮的一個重要問題是溫度傳感器的選擇。對于熱電阻與熱電偶，有標(biāo)準(zhǔn)傳感器與工業(yè)傳感器之分，這