基于单片机数据采集 .pdfVIP

基于单片机的短样测试数据采集系统的设计

2010-02-0916:28:48作者：郭飞武玉来源:微计算机信息

关键字：单片机数据采集程序设计Keithley-2182纳伏表

1.引言

中科院合肥分院等离子所超导电工中心基于ITER（国际热核聚变反应堆）项目，需要

对超导短样股线进行失超极限测试（强磁场，4.2K液氦温度下），为此笔者设计了一套短

样测试数据采集系统，对短样测试中超导股线的电流、电压、温度进行采集并实时分析和保存。

在短样测试实验中，电流信号变化范围0至1000安培，设计使用100:1直流分流器

转换为0至10伏电压信号接入采集系统。温度信号通过电阻温度计获得，短样股线在极低

温（4.2K）情况下进入超导状态，普通电阻温度计无法测量这个区间的温度，所以选用了美国

LAKESHORE公司的CERNOX电阻温度计。CERNOX电阻温度计由metal-oxy-nitride材料制成，

（Q（

具有负的电阻温度系数，在液氦温区灵敏度很高103/K）,受磁场影响小在

4.2K温度6T磁场下，误差0.2%），稳定性好。采集系统采用四线法测量温度计电阻，CERNOX电

阻温度计工作电流10微安，两端输出电压为10毫伏级，必须使用仪表放大器

放大100倍才能符合采集系统精度要求，放大器选用INA110KP芯片。在短样测试中至关

重要的信号为短样股线电压信号，要求精确到10纳伏，市场上现有采集卡无法胜任，此外

为了消除串扰，电压信号需要独立采集，所以系统选用了Keithley-2182纳伏表。下面是采

集系统硬件结构图。

2•下位机系统设计

下位机1采用8位微处理器AT89S52,AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制

器，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。AT89S52具有以下标准配置：8K字节Flash,256

字节RAM,32位I/O口线，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个

6向量2级中断结构和全双工串行口。A/D转换芯片采用美信公司的MAX197。MAX197

是美信公司推出的8通道、12位高速A/D转换芯片。芯片采用单一电源+5V供电,单次转

换时间6?s,采样速率可达lOOksps。量程±10V,±V,0V〜10V,0V〜5V，内部自带4.096V参考电

压源。它有标准的微机接口，数据总线的时序与绝大多数通用的微处理器兼容，全部

逻辑输入和输出与TTL/CMOS电平兼容。

采集系统中，MAX197采用外部时钟源，CLK引脚接单片机ALE引脚，单片机时钟

晶振11.0592MHZ,ALE弓I脚输出时钟为晶振的六分之一约为2MHZ，符合MAX197要求。单片机

P0.0至P0.7引脚与MAX197的D0至D7连接，MAX197的片选信号CS连接单片机P2.0引脚，

HBEN引脚接单片机P1.1引脚，I