地面气象六要素智能采集系统 第10页
面气象六要素智能采集系统设计
4.1微处理器（MPU）
 

4.1.1微处理器概述
MCS-51系列单片机是美国Intel公司生产的8位单片机。
在该系统中我们采用其中的80C52型单片机作为整个系统数据采集、处理及对外通讯的核心控制单元。内部包含如下功能部件：
8位CPU；振荡器和时钟电路；8K字节的程序存储器ROM；256字节的数据存储器RAM；可寻址外部程序存储器和数据存储器各64K字节；二十多个特殊功能寄存器；32线并行I/O口；一个全双工串行I/O口；3个十六位定时/计数器；6个中断源，有2个优先级，同级中断则按照优先顺序查询；具有较强功能的位处理（布尔）能力；
4.1.2 系统时序的实现
整个系统的工作在系统时序的控制下有序的进行。在该系统中，准确的时序是由系统的微处理器提供的。8051的XTAL1和XTAL2引角分别为单级片内反向放大器的输入/输出端，其频率范围为1.2～12MHz。XTAL2又是内部时钟发生器的输入端，这个内部反向器可与外部元件（电容和晶振）组成如图所示皮尔斯（Pierce）振荡器。在任何情况下，振荡器始终驱动内部始终驱动内部时钟发生器向主机提供时钟信号。

 

4.2模数转换器ADC
4.2.1MAX196芯片概述
 MAX196是美信公司生产的12位A/D转换器，单电源供电，根据控制字可以选择输入范围， ，0到10V，0到5V输入，提供6通道模拟输入，6 转换时间，100ksps 采样速率，可选内部/外部时钟，两种电源模式；具体结构图如图所示：
 
图 MAX196内部结构图
4.2.2A/D转换器与微处理器的接口
A/D转换器与微处理器的接口如图所示：
 
12位并行接口是MAX196与外围模块通信的唯一通道。外围通道对片内各寄存器的读/写操作时的数据传输都是通过并行口进行实现。其中低八位不仅仅进行数据传输而且进行控制字的传输，实现微处理器对A/D转换器的控制。
A/D转换器并行接口由 、 、 、 和12个并行接口组成。 为时钟信号输入端， 、 为读/写控制信号， 为中断输出接口，当新的采样数据准备好输出低电平来通知微处理器可以接收数据。
4.2.3保证A/D采样精度的措施
4.2.3.1布线和接地
由MAX196采集可以直接采集传感器输出信号，因而对于小信号仅仅只要放大输出即可不用加任何处理，但是在设计印制电路板时不采取任何布线措施是行不通的。为了保证A/D的采样精度，在设计电路板时应该注意以下问题：地线要尽量短和粗，数字地和模拟地要分开布线并在一点汇合；模拟地可以布在MAX196芯片下面，但数字地应避免布在MAX196下面；时钟信号要用数字地屏蔽，输入的模拟信号要用模拟地屏蔽；印刷电路板中的剩余部分要用大面积的敷铜来覆盖，以增加抗干扰性能。
4.2.3.2A/D工作时序的控制
A/D转化器在工作过程中，应尽量保持系统电源的稳定，减少电源的波动对A/D采样精度的影响。这个系统由微处理器控制进行A/D采样、公式运算及通信等操作。其中通信模块工作时，系统电流消耗较大，电源波动变大。若此时进行A/D采样操作，则采样结果误差较大。
为此，系统对上述各工作过程进行了一定的限制，即A/D采样结束进行运算操作，运算完成后启动通信操作，当一次通信结束后在进行下一次A/D采样操作。由此可避免通信时系统电源波动对A/D采样精度的影响。
4.2.4 A/D芯片功能的实现
本系统中，微处理器与A/D转换芯片的连接是通过A/D转换内部并口实现的，通过该接口微处理器可以对A/D转换器进行各种设置，并接收A/D转换结果。要完成MAX196的A/D转换功能，软件上必须先对片内的各控制器进行设置，一般软件的设置过程如图所示：
在单片机使用MAX196A/D转换芯片以及数据采集构成中主要涉及到以下几个方面内容：时钟和功耗模式的选择；采集方式的选择；量程和极性选择；采样通道的选择；数据的读取。
这些通道和采样方式等内容的选择，主要通过微处理器向MAX196发送控制字来实现的。MAX196的控制字格式如表所示：表：MAX196控制字
D7（MSB） D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0（LSB）
PD1 PD0 ACQMOD RNG BIP A2 A1 A0

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