MSC1210在微位移传感器系统的应用

　　引 言

　　微操作已在许多应用领域得到了应用，特别是在纳微米级的定位系统中，要求传感器能检测出微小的力和位移的信息[1]。目前用于微位移检测的原理较多，如光学式、磁和电感式、电容式和压电式等[2,3]，但这些大多不便用于机器人对微小的多维力和位移信息的获取。为了将技术成熟的多维力传感器用于微力和微位移信息获取，中科院合肥智能所机器人传感器实验室在改造多维力传感器结构参数的同时，充分利用德州仪器(TI)的MSC1210单片机的许多新特性，如其自带的8路24位高精度ΣΔ A/D转换器、可编程增益放大(PGA)和滤波器等，实现了对力和位移的高精度测量。本文主要从微型机的应用角度展开探讨，希望能为提高传感器的集成化程度、分辨率、稳定性和人机交互能力作出一点贡献。

　　图1MSC1210 ADC方框图

　　1 多维力传感器特点与MSC1210简介

　　微位移传感器结构主要借鉴实验室的机器人六维腕力传感器结构特点，在设计中同样采用双E型膜片结构[4]。首先用改进的二维力传感器来检测作用于物体上的X和Y两维上的力信息，再将其换算成平面的位移信息。同时，它在机器人六维力传感器基础上改变了相关的结构参数，如量程和

　　 国家自然科学基金项目。资助号：60343006，60375027。灵敏度等，以便实现对微小的力和位移信息的获取。

　　美国德州仪器公司(Texas Instruments)新推出了一种功能很强的带24位A/D转换器的微处理器MSC1210[5]。MSC1210具有一些增强特性，特别适合测量高精度温度、压力传感器等输出的微弱信号。MSC1210主要包括增强型8052微控制器核心、闪存、高性能模拟功能和高性能外设。增强型8052微控制器核心包括双数据指示器，执行指令的速度比标准8052核心快3倍。这种MIPS功能使用户能够根据特殊需求优化速度、功率及噪声。图1是MSC1210 ADC 的方框图。

　　高精度微位移传感器电路模块的核心是MSC1210单片机。它完成微弱信号的多路切换、信号缓冲、PGA编程放大、24位ΣΔ A/D转换、数字滤波、数据处理、信号校准以及UART通信等功能[6]。以下结合微位移传感器的使用作简要介绍。

　　MSC1210 输入复用器比一般ADC 灵活，它的每个输入引脚均可针对特定的测量而配置成正输入或负输入。与启动ADC 部件通常定义输入对相比，MSC1210 可把一个引脚定义为负输入，把另一个定义为正输入，使设计方便自由。微位移传感器一组桥路输出分别接MSC1210 ADC的AIN0与AIN1，作为一路差分输入;另一组桥路输出分别接MSC1210 ADC的AIN2与AIN3，作为第二路差分输入。ADMUX寄存器初始化赋值为：ADMUX=0x01。