单片机在绝热材料导热系数测定系统中的应用

随着社会的发展，人们环保意识的增强，对建筑材料的要求越来越高，导热系数作为衡量建筑材料保温性能的重要指标一直为人们所重视，因而开发设计出高精度绝热材料导热系数测量仪器十分必要。绝热材料导热系数测量基于一维稳态传热原理，测出试件冷热面的平均温度（TC、TH）和稳态加热功率(P),由下式即可计算出导热系数:λ＝Pd/A(TH-TC),其中d为试件厚度，A为试件对应主加热器部分的横截面积。整个测量系统主要由炉体和温度、功率测控系统两部分组成，炉体按国家标准的要求加工制造，大同小异，而温度、功率测控系统则随着电子技术的发展不断更新。

温度、功率测控系统的特点是要测量和控制多路温度信号，判断到达设定的状态后再进行计算。常见的设计方案是：用热电偶或铂电阻作温度传感器，输出的模拟电信号经过模拟放大和滤波，进入高精度模/数转换器（ADC），再经过单片机的判断、计算

MSC1212的内部结构图如图1所示。MSC1212工作电压2.7 V～5.25V，微控制器核是经过优化的8051内核，在给定时钟源的情况下，它的执行速度比标准的8051内核快三倍，从而使得器件可以在更低的外部时钟频率下工作，在功耗比标准的8051低的情况下，仍可达到相同的性能。同时，其片内外设十分丰富，包括32位累加器、1个带有FIFO的SPI串口、2个全双工的UART、32个数字输入输出端、看门狗定时器、低电压检测、片内上电复位、16位PWM、3个定时器/计数器、21个中断源。

MSC1212集成了32kB的FLASH存储器以及1.2kB的SRAM，其FLASH编程模式有串行和并行模式两种，在上电复位期间通过ALE和PSEN信号的状态来选择。PSEN=0，ALE=1时是串行编程模式。PSEN=1，ALE=0时为并行编程模式。假如两者都为1，则工作在用户模式。两者都为0是保留模式，没有定义。MSC1212是带ISP开发功能的单片机系统，与8051的指令集完全兼容，可以用已有的8051开发工具来开发MSC1212的软件。主要的开发环境是汇编语言和C语言。

2 MSC1212模拟接口介绍

MSC1212的内部集成的模拟接口是它优于其他单片机的特征之一，在绝热材料导热系数测定仪中担当了重要角色，有必要先加以详细介绍。

2.1 ADC结构介绍

MSC1212的ADC是Δ-Σ型，由多路开关（MUX）、温度检测器、缓冲器、可编程增益放大器（PGA）、调制器、数字滤波器、电压参考组成，有8个通道，10Hz数据输出率时有效分辨率可达24位。

一般ADC都定义成对的输入端，不可随意改变，而 MSC1212的ADC输入端可以由用户通过设置ADMUX寄存器来定义，可以把8个通道的任何2个分别作为同相端和反相端，这种软件设置使应用变得十分灵活，某个通道可以在一次测量中用作同相输入端，下一次测量中却用作反相输入端。例如ADMUX=0x01，则定义AIN0为同相输入端，AIN1为反相输入端。

当ADMUX所有位置1时，将选中温度检测器工作，返回芯片温度值，所以也可以把温度检测器看作ADC输入的第9个通道。

缓冲器使能与否通过寄存器ADCON0（BUF位置1使能）控制，当缓冲器使能时输入阻抗是10GΩ，输入电压范围变小，电流升高，没有缓冲器时MSC1212的输入阻抗是5MΩ/PGA。一般都要使能缓冲器，除非某一模拟输入端电压大于AVDD-1.5V。 通过改变寄存器ADCON0的低三位，可编程增益放大器（PGA）的增益可被设置为1、2、4、8、16、32、64和128。使用PGA可以提高ADC的有效分辨率。例如，当PGA为1且采用5V量程时，ADC能分辨到1uV。PGA为128且采用40mV量程时，分辨到75nV。通过设置寄存器ODAC，PGA的模拟输入可以通过高达其全量程一半的输入来补偿（即，若输入电压范围是5V，则补偿范围是