带LCD人机交互功能的便携式高精度数据采集系统

在许多传统行业中，高精度温度数据采集系统是不可缺少的。近年来，随着高精度ADC价格的不断下降以及其功能的不断完善，研制廉价的多路、快速、高精度温度采集系统成为了可能。美国德州仪器公司(TI)推出的带24位ADC的微处理器MSC1210，特别适合于测量高精度温度、压力传感器等输出的微弱信号。本文以MSC1210作为测量、信号处理以及通讯的核心，设计了高精度温度采集系统模块。该系统测量通道易于扩充，测量精度高，可以快速地进行高精度数据测量。

系统总体方案设计

本系统的硬件部分主要由前端数据采集、处理电路和后端数据处理、LCD电路组成。两部分通过RS-232串行接口进行通信。系统的总体方案构图如图1所示。

图1 系统总体结构

数据采集部分的软硬件设计

硬件电路设计

数据采集部分的核心器件选用了MSC1210Y5。这主要是因为该微处理器具有24位的 ADC，其有效精度高于22位。其内部包含完整的前向通道(包括输入缓存器、模拟开关电路、可编程增益放大器和ADC以及数字滤波部分)和后向通道— DAC，这些都是完成测控系统的必须部分。此外，该处理器通过改变命令寄存器的方式对内部通道功能进行设置，用指令就可以选择输入缓存器、设置放大增益、控制通道开关切换、进行偏置校正等，使用非常方便。数据采集部分的电路结构原理图如图2所示。

本系统中两个核心芯片MSC1210Y5和 MAX3223的功耗都很低，因此，在设计中板上的电源(3.3V)由后端系统通过RS-232接口提供。除了RS-232接口的接线，以及接入J1、 J2插座的信号(8个AIN线、REF以及公共地)线外，本系统的硬件部分不再需要其它连接，使用非常方便。此外，设计时还在电路中预留了一部分接口线供以后扩展系统功能使用，包含了第二串行口以及四根可配置为SPI接口、中断输入和I/O端口的备用接口线。

图2 数据采集电路结构原理图

软件设计

在基于此电路的高精度测温模块应用中，MSC1210Y5完成了微弱信号的多路切换、信号缓冲、编程放大、24位ADC、数字滤波、数据处理、信号校准以及串口通信等功能。MSC1210Y5包含2个串口，本设计中选取其中的一个串口用来与后端人机交互系统通信，负责接收后端发送的控制命令和控制参数以及发送前端采集、处理的数据。数据采集电路的程序主要任务是：控制内部的ADC的测量过程，读取转换的数据；与后端 (S3C44B0X系统)进行通信，读取上位机的命令和有关的控制参数，同时向上位机传送转换后的数据。数据采集电路的程序控制流程如图3所示。

串口开始接收上位机送过来的命令和数据时，将依次读到的后端系统的2字节串码(暂存在R6，R7)的控制字传送到MSC1210Y5内部寄存器ADCON1 和ADCON0，从而实现对ADC控制命令的写入。其后将ADCON3、ADCON2、ADMUX和PDCON寄存器的内部写入相应的命令和参数值，从而完成对MSC1210Y5内ADC的设置和启动。向后端系统发送数据时，由于ADC是24位精度，转换数据必须分为3个字节传送，即将寄存器1、2、3的 ADC转换结果依次通过送SBUF发送，同时在这个过程中还包含发送同步字符、CRC校验等过程。

图3数据采集电路的程序控制流程

嵌入式GUI应用系统概述

该系统后端的硬件部分主要由三大块构成：以S3C44B0X为核心的系统板，集JTAG调试电路、系统电源、LCD接口电路的辅助板，以及LCD屏。

后端的软件部分也由三个部分组成：系统启动加载程序，嵌入式实时多任务操作系统mC/OS-II，和基于mC/OS-II的应用程序。根据系统应用的需要，其中基于mC/OS-II的应用程序主要包括串行口通信程序和基于mC/GUI的图形用户接口程序。

系统中的串口用于S3C44B0X控制器向前端数据采集部分发送控制命令和控制参数，并实时接收前端发送的采集数据，送由控制器处理和进行LCD显示。当操作系统mC/OS-II启动时，自动初始化串行口。由于应用程序是多任务系统，为了实时监测串行口信息，设计时在系统中单开了一个串行口扫描任务，从而可保证信息不丢失。

由于mC/GUI提供了源代码，在开发应用程序时，用户可以首先将核心文件、LCD驱动文件和需要的字体文件包含在自己的工程里，然后再根据内存设备、输入设备、空间和窗口管理部分等硬件的实际需要来具体开发。开发步骤如下。

(1) 按照实际需要，定制自己的mC/GUI开发环境。其中包括对mC/GUI目录的筛选，以及目录中文件的筛选；

(2) 指定硬件设备的地址，编写接口驱动代码。这里需要修改LCDConf.h文件；

(3) 编译、连接、调试子程序；

(4)修改子程序并测试，增加需要的功能；

(5)若开发多任务应用，则需要修改GUI_MAXTASK和GUI_OS宏，实现mC/GUI与操作系统的结合；

(6)编写自