摘要：以PHILIPS公司的P89V51RD2单片机作为中央处理器，选用Cirrus Logic公司生产的△-∑型模拟/数字转换器CS5532，设计了微电压信号采集模块，通过RS-232/RS-485通信总线将转换后的数字信号输出，为生产过程的数字化控制提供了准确的数据源。
关键词：CS5532 P89V51RD2 微电压信号采集模块
中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）10-0176-01
当前传感器的输出多为微电压信号，而复杂工业环境下来自传感器的微电压信号易受各种噪声的干扰，开发和研制微电压信号采集模块，使之能够与电压输出型传感器配套使用，并通过RS-232/RS-485通信总线传输检测信号的转换模块显得尤为重要。将该模块应用于洗衣粉灌装重量自动检测中，能使每袋洗衣粉灌装重量误差控制在5g范围之内，使产品的稳定性提高，提高了企业的市场竞争力。
1 硬件设计
微电压信号采集模块由信号转换/控制、RS-232/RS-485通信及切换、非易失存储和电源等四部分组成，其结构如图1所示。
其中信号转换/控制部分为微电压信号采集模块的核心组成部分，主要包括信号处理与转换、微控制器两部分。信号处理与转换的核心器件选用美国Cirrus Logic公司的A/D转换器CS5532。该芯片具有24位分辨率，其差分输入端可以直接测量来自传感器的毫伏信号，因而简化了其与外围电路的连接。片内可编程增益放大器可使放大倍数从1～32进行设定，大大提高了系统的动态特性。
微控制器选用PHILIPS公司的P89V51RD2单片机作为中央处理器。片内集成了64KB Flash ROM和1024字节的数据RAM。此外P89V51RD2还集成了SPI串行外围接口、增强型UART、PCA可编程计数器阵列，具有PWM和捕获/比较功能，尤其是支持在系统软件调试和在系统编程的功能，使得开发过程可以完全抛开仿真器和编程器。
通信及切换部分是本模块转换后数字信号的输出端口。为使微电压信号采集模块具有较强的适应性和通用性，设置了通用RS-232和RS-485两种串行总线方式，可方便与PC机或数字设备接口。其中RS-232通信选用SP3232EEA芯片，RS-485通信选用SIPEX485EN芯片，两种串行总线方式可通过跳线进行选择切换，输出与模块输出端子相连。此外，设计中还选用FM24C16铁存储器作为模块初始数据、运行数据、结果数据和个性化设置等数据的重要存储部分。
鉴于工业现场用电环境和传感器供电等情况，模块电源部分采用了直流0～40V宽电压范围的设计思想，同时兼顾为传感器供电或利用传感器电源为模块供电的思路，并尽可能选用微功耗器件组成系统硬件。
2 软件设计
软件设计主要完成数据采集、数据转换、数据处理及分析、通信模式、数字滤波等模块的程序设计。主程序流程图如图2所示，当模块首次启动后，先初始化各接口电路，将初始通信模式及协议加载到CPU；再向上位控制机发送工作请求，等待执行命令。上位机通过通信总线向模块发送工作模式信息，并发启动转换命令。此时传感器输出经信号调理送至CS5532的差分输入端，经A/D转换再经数据处理后，将结果通过通信接口发送到上位控制机并存储于非易失存储器中。
3 结语
微电压信号采集模块实现了对电压输出型传感器（输出0～100mV的直流电压信号）的数字量转换（采样、运算、存储），通过RS-232/RS-485通信总线将转换后的数字信号输出。设计中选用低噪声精密电阻网络，同时采取相应的滤波和屏蔽措施，保证了信号在前向通道的传输精度。同时在软件设计中，应用了预处理、容错技术和线性滤波技术，有效地抑制了干扰的影响，提高了系统测试精度。
参考文献
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