真空系統(tǒng)在電力、石油化工、醫(yī)療制藥、塑料、環(huán)保、醫(yī)療器械等行業(yè)都得到了廣泛地應(yīng)用，隨著真空應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展和深入，對真空技術(shù)指標(biāo)要求亦越來越高，例如，在金剛石鍍膜裝置中，由于沉積金剛石膜的時間長達(dá)幾十個小時，真空室真空度的穩(wěn)定性對成膜質(zhì)量的好壞有很大的影響，所以保持真空度的穩(wěn)定將成為一個關(guān)鍵性的技術(shù)問題;離心式水泵在抽真空引水過程及水泵抽水過程中，離心式水泵入口的真空度已成為離心式水泵起/停、故障診斷的重要依據(jù)。只有將壓力傳感器獲取的模擬信號進(jìn)行有效的A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，才能輸入單片機(jī)中進(jìn)行處理，以及與PC通信及后續(xù)的波形顯示和分析。筆者提出了ADC0832與壓力傳感器(PTB710)相結(jié)合，并利用單片機(jī)AT89S52的程序控制轉(zhuǎn)換時鐘脈沖方法，對真空度數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測。

1、A/D轉(zhuǎn)換電路

1.1、ADC0832芯片引腳說明如圖1為ADC0832的引腳圖，其中CS為片選端，低電平有效;CH0，CH1為兩路模擬信號輸入端;DI兩路模擬輸入選擇輸入端;DO為模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果串行輸出端;CLK為串行時鐘輸入端;VCC(REF)為正電源端和基準(zhǔn)電壓輸入端;GND為電源地。

1.2、ADC0832工作控制原理

如表1所示為ADC0832工作時的多路復(fù)用尋址，包括單端多路復(fù)用模式及微分多路復(fù)用模式，通過對DI，DO兩個數(shù)據(jù)位操作進(jìn)行通道選擇，當(dāng)此2位數(shù)據(jù)位為“1”，“0”時，僅對CH0進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“1”，“1”時，僅對CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“0”，“0”時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN-進(jìn)行輸入。

表1 ADC0832多路復(fù)用模式

1.3、AT89s52與A/D接口電路

如圖2所示為本文實驗所用原理圖中AT89s52與ADC0832的接口電路圖部分，其中片選端與單片機(jī)P2.3口連接，時鐘端與單片機(jī)P2.2口連接。由于所選單片機(jī)I/O口均為雙向，且在工作時DI，DO兩端并不同時有效，故將兩引腳并聯(lián)后與單片機(jī)P2.1口相連接進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。圖2僅給出主控單片機(jī)，上電復(fù)位，晶振以及模數(shù)轉(zhuǎn)換外設(shè)電路，缺省部分包括電源，檢測及輸出端口，三極管開關(guān)等其他邏輯轉(zhuǎn)換電路，設(shè)計電路過程中考慮到工業(yè)現(xiàn)場的噪聲干擾等因素，在輸入輸出端均添加光耦隔離以增強(qiáng)電路的抗干擾性能。

圖2 ADC0832與AT89s52接口電路

2、真空度數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計

2.1、看門狗程序設(shè)計

AT89S52內(nèi)置看門狗，它由14位計數(shù)器組成，復(fù)位后，調(diào)用喂狗指令清零計數(shù)器，然后，每個機(jī)器周期該計數(shù)器自動加1，當(dāng)計數(shù)值達(dá)到1FFF(2^14-1=16383)時，產(chǎn)生一個復(fù)位信號，系統(tǒng)復(fù)位。因此，在啟動看門狗后，在16383個機(jī)器周期內(nèi)，至少要調(diào)用一次喂狗指令，防止看門狗溢出復(fù)位，而這個時間是固定的，無法更改。當(dāng)晶振12MHz時每16毫秒需喂一次狗。為了保證足夠的抗干擾能力，喂狗時間一般不超過14ms(即留有10%的裕量)。

2.2、A/D通道初始化規(guī)則

芯片啟動A/D轉(zhuǎn)換時，首先將CLK時鐘與CS片選電平置低，然后把DI數(shù)據(jù)信號輸入端電平置高，由時鐘的上升沿將起始位寫入，最后由時鐘負(fù)跳變加一個DI反轉(zhuǎn)操作。并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換結(jié)束。

2.3、A/D數(shù)據(jù)讀取規(guī)則

由于ADC0832數(shù)據(jù)采樣頻率高，轉(zhuǎn)換時間(僅為0.32μs)快的特點，考慮到方便程序的移植，故本文中數(shù)據(jù)讀取以子程序的形式給出。首先定義局部變量并初始化AD通道，選擇單通道10，待第二個脈沖來臨，CLK第二個上升沿，通道的第一位開始寫入，延時等待，第三個脈沖上升沿到來，通道的第二位寫入，待到第四個脈沖，通道號選擇完。讀數(shù)據(jù)子程序本文采用由高位向低位讀取八位數(shù)據(jù)，待CLK下降沿可以讀出，高八位數(shù)據(jù)讀完后則開始由低八位向高八位讀取數(shù)據(jù)并最終判斷二者是否相等，如果相等就把數(shù)據(jù)賦值給DAT。

2.4、數(shù)據(jù)處理程序

數(shù)據(jù)處理子函數(shù)完成對數(shù)據(jù)的數(shù)字濾波功能，采用去極值求均值的方法，具體思路為對數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣后，求取每10次采樣數(shù)據(jù)的最大值與最小值及和，去掉一個最大值，一個最小值后，求取采樣數(shù)據(jù)的平均值，并返回濾波后的數(shù)字信號。

2.5、程序流程圖

如圖3為程序流程圖，其中左側(cè)為主程序，右側(cè)為A/D轉(zhuǎn)換子函數(shù)。

圖3 程序流程圖

3、結(jié)論

本文成功的通過控制ADC0832對真空度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并且利用單片機(jī)AT89S52的程序控制轉(zhuǎn)換時鐘脈沖方法，實現(xiàn)了真空度檢測的設(shè)計目的，為工業(yè)控制中廣泛應(yīng)用的真空度檢測提出了切實可行的方案，并通過實驗及軟硬件的具體實現(xiàn)證實了該方法的有效性。