关键词：数据采集； 串行通信； Flash存储器

AD C812是全集成的12位数据采集系统，它在单个芯片内包含了高性能的自校准多通道ADC和两个12位DAC及8位与8051兼容的MCU。AD C812本身带有8k字节的Flash程序存储器、640字节的Flash数据存储器以及256字节数据SRAM。芯片集成了全部辅助功能块以充分支持可编程的数据采集核心，这些辅助模块包括：看门狗定时器、电源监视器及ADC等DMA功能。同时它还为多处理器接口和I/O扩展提供32条可编程的I/O线、与I2C兼容的SPI和标准UART串行端口I/O。与以往的80C51单片机不同，AD C812具有独特的在线调试和下载功能，通过开发系统与AD C812的串口通信，可直接对用户系统进行调试，并在调试完成后将已调试好的程序下载到AD C812中。

系统概述

本系统采用AD C812作为处理器，利用其本身的AD采集系统进行心电信号采集，然后对数据进行存储和处理，最后将数据打包通过串口传到上位机进行显示，实现了心电信号的实时采集与显示。通过试验已经证明该设计基本完成了心电信号的实时采集与显示。

ADC采集子系统

AD C812的ADC采集子系统部分由模拟多路转换器、温度传感器、采样保持电路（T/H）、12位逐次逼近比较的ADC、+2.5V基准源和ADC校正、控制逻辑组成。AD C812模拟输入端的电压有效输入范围与基准源有关。当采用内部基准源时，其有效输入范围为0～+2.5V；当采用外部基准源时，外部基准源应从Vref端引入，其合适的范围为+2.3～+5V，相应的模拟输入端的电压范围为0V～Vref。

AD控制特性

通过ADCCON1～3三个特殊功能寄存器来控制A/D转换，转换结果可保存在ADCDATAH/L二个特殊功能寄存器中，转换数据的低8位保存在ADCDATAL寄存器中，而高4位保存在ADCDATAH的低4位中，ADCDATAH的高4位用来保存采样的通道号。

（1）ADCCON1--控制转换和采集时间

MD1 MD0 CK1 CK0 AQ1 AQ0 T2C EXC

MD1、MD0用于选择工作模式：00：工作于节电模式；01：工作于正常模式；10：在没有转换时进入节电模式；11：在没有转换时进入备用模式。

CK1、CK0选择主时钟分频系数，从主时钟分频来产生ADC时钟，CK1－0为00～11，分别按1、2、4、8分频。

AQ1、AQ0选择ADC采样保持时钟，分频系数从ADC时钟分频产生，AQ1－0为00～11时分别按1、2、4、8分频。

T2C：定时器2溢出触发位，通过置位该位，可使用定时器2的溢出信号作为ADC转换触发信号。

EXC：ADC转换外部触发使能位，通过置位该位，可由外部引脚（CONVST）来触发ADC转换。

（2）ADCCON2----控制通道选择和转换模式

ACCI DMA CCONV SCONV CS3 CS2 CS1 CS0

ADCI为中断标志位；DMA为DMA模式使能位；CCONV为连续转换模式使能位；SCONV为单次转换模式使能位；CS3、CS2、CS1、CS0为通道选择位，用户通过程序指定须进行A/D转换的通道。CS3－0为0000～0111时指示8个通道号，1000时指示温度传感器，1111为DMA终止信号，其他情况保留。

（3）ADCCON3用于给出ADC状态指示位，只有第7位为BUSY位，其它位保留，BUSY位为只读位，在一个有效的ADC转换或校验周期中，该位为"1"，当转换或校验结束后，该位清"0"。

心电信号采集部分

心电信号的采集就是利用AD C812内部集成了12位ADC采集子系统，即心电信号经过放大、平移等处理后直接进入单片机的AD输入。

放大部分

由于心电信号范围很小只有几毫伏，所以必须对信号进行放大。放大电路由AD620构成，AD620的核心是三运放电路，有较高的共模抑制比CMRR，温度稳定性好，放大频带宽，噪声系数小。AD620只需外接一个电阻就可以设置1～3000范围的增益，且调节方便。放大电路如图1所示。

图1　由AD620构成的放大电路(略)

电平抬高电路

如果采用内部基准电压AD C812的模拟输入电压范围为0～2.5V；如果采用外部基准电压，则AD C812的模拟输入电压范围为0～Vref。这样当输入电压为双极性时我们就必须加电平位移网络，以保证输入电压在其要求的电压范围之内。因为心电信号为双极性信号，所以要进行电平抬高。并且，由于AD部分是数字和模拟电路的混合部分，很容易产生噪声干扰，为了使AD转换更准确可靠，我们加上一些滤波和保护措施，如图2所示。

图2　电平抬高电路(略)


ADuC812与上位机的串行接口

为了实现PC机与单片机的串行通信，必须通过一个RS232接口电路将PC机上的串行端口与AD C812的UART串行端口相接。由于RS232接口电路是PC机和用户开发系统的唯一通路，因此，它也是在线调试和下载功能实现的关键。RS232接口电路如图3所示。

图3　RS232接口电路(略)

串口控制特性

SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 T1 R1

SCON----串口控制寄存器

SM0、SM1用于模式选择。00：模式0，即移位寄存器方式，固定波特率。01：模式1，即8位UART，波特率可变。10：模式2，即9位UART，固定波特率。11：模式3，即9位UART，波特率可变。SM2：多机通信允许位。REN：串行接收允许位。TR8:串行发送第9位。RB8:串行接收第9位。TI:串口发送中断允许位。RI:串口接收中断允许位。

PCON寄存器

表（略）

波特率设置

本系统我们采用定时器1，工作在模式1下产生的波特率计算公式为:

Baud Rate=(SMOD/32) (Core Clock/(12 [256-TH1]))

软件编程

单片机的软件控制主要包括AD采集、数据压缩存储、串口传输的控制。 在AD采集部分，由定时器2控制采样周期。将其设为1ms，8个通道轮流采集。心电数据的实时压缩采用一种简单的近似方法,取信号的高有效部分(即将12位AD数据平移4位舍掉第四位)，程序流程图见图4、5、6。

图4　主程序(略)

图5　AD中断服务程序(略)

图6　串口中断服务程序(略)

各部分的C51语言程序

在AD 采集部分，主要介绍如何利用ADC的单次转换功能实现定时采样的目的。采样周期设为1ms。其C51语言程序如下：

#define AdcSelectChan(n) ADCCON2=(n&0x07)
#define CNST(m) 65536-(m*1000)/1.085
#define ADCBUF_LEN 4096
#define AdcSetPeriod(n)

RCAP2L=CNST(n);RCAP2H=CNST(n)/256;TL2=CNST(n);TH2=CNST(n)/256
xdata uchar adcbuf[ADCBUF_LEN];

初始化：ET2=0; // disable timer2 interrupt
ADCCON1 = 0x52 ; // power up ADC & enable
Timer2 mode
AdcSelectChan(0); //select chan#0
AdcSetPeriod(1); //setup sample period=1ms
T2CON=0;
adcbuf[adchead++] = ADCDATAH;
// read character into ad
cbuffer
adcbuf[adchead++] = ADCDATAL;
// read character into in
buffer
if(adchead>=(ADCBUF_LEN))
// if at end of buffer
adchead=0;

在串口通信部分，主要介绍如何把采集到的数据打包，然后传到上位机来实现和上位机的通信。在此仅给出初始化和数据发送部分。

初始化：
#define T0Enable() ET0=1

CommClose(); //stop timer1 run
ET1=0; //disable timer1 intrrupt
PCON&=0x80; //SMOD=1，波特率增倍。
SCON = 0x50; //8bit, noparity, 1stopbit,RI=0,TI=0
TMOD = 0x21; //configure Timer1..(setup T0 timer
Mode1)
TH1 = 0xFF; // ..for 57600baud..(assumingMHz
crystal)
CommOpen();

发送部分：

#define OBUF_LEN 1024
unsigned int outhead=0;
unsigned int outtail=0;
xdata unsigned char outbuf[OBUF_LEN]; //定义一个发送缓 冲区

void comm_int_sev () interrupt 4
{if(TI)
{TI=0;
if (outhead != outtail) { // there's a char to send

SBUF=outbuf[outhead++]; // send the character

if (outhead ==OBUF_LEN)outhead=0; // if at end of buffer, reset pointer
FlagSendOk=0;
}
else FlagSendOk=1;
}}

系统调试

ADuC812片内除集成了各具特色的硬件模块外，还简化了方便实用的监控调试软件，使其只需少量的外围器件即可实现联机调试，大大方便了用户的使用。ADI 公司的QuickStart开发系统是支持AD C812的开发工具包，功能完善，包括下载、调试和模拟等功能，利用QuickStart通过串口就可以方便的下载程序并进行在线调试。

调试过程中需要注意的问题： 1.只有当AD C812的PSEN引脚为低电平时，才能进入下载和在线调试状态；如果需要程序下载后脱机工作应将PSEN引脚置高，否则将一直处于在线调试状态。

结束语

ADuC812作为一种新型的微控制器，具有非常强大的功能，除了能方便的进行数据采集和数据传输外，它的在线调试功能也极大的方便了用户系统的开发。本系统利用它自身的AD采集子系统完成了8路心电信号的实时采集与显示，本系统与无线心电发射盒结合能很好的完成8床心电的遥测。