帶24位模數(shù)轉(zhuǎn)換的MSC1210單片機(jī)及其應(yīng)用

無論是功能，還是性能，德州儀器（ti）的msc1210單片機(jī)都達(dá)到了混合信號(hào)處理的顛峰，它集成了一個(gè)增強(qiáng)型8051內(nèi)核，有8路24位低功耗（4mw）δ-∑ a/d轉(zhuǎn)換；21個(gè)中斷源；16位pwm；全雙工uart（并兼容有spi功能）；停止方式電流小于1μa；比標(biāo)準(zhǔn)8051內(nèi)核執(zhí)行速度快3倍且全兼容；片內(nèi)集成32k字節(jié)flash，而且flash可定義為程序分區(qū)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分區(qū)，給設(shè)計(jì)帶來非常大的靈活性；片內(nèi)sram也多達(dá)1.2k字節(jié)；采用tqfp64小型封裝。由于具有如此高的模擬和數(shù)字集成度，對(duì)各種要求小體積、高集成度和精確測量而言，mcs1210實(shí)為理想的整合選擇。圖一是msc1210的較為詳細(xì)框圖。

msc1210特性介紹

模擬特性： 24位無丟失碼a/d 轉(zhuǎn)換，在10hz采樣頻率下轉(zhuǎn)換可得到22位有效轉(zhuǎn)換結(jié)果，且轉(zhuǎn)換噪音只有75nv，轉(zhuǎn)換模塊耗電<4mw； 可選緩沖輸入且輸入增益可調(diào)，調(diào)節(jié)范圍為1~128； 片內(nèi)帶有精確的轉(zhuǎn)換用參考電壓，精度為0.2%，溫漂為5ppm / ℃； 8路差分或單端輸入通道； 在片偏移、增益表度，且漂移在0.02ppm/°c與0.5ppm/°c內(nèi)。

數(shù)字特性： 8051完全兼容； 高速內(nèi)核，每個(gè)指令周期只需4個(gè)時(shí)鐘周期，在33mhz晶體驅(qū)動(dòng)下，單周期指令的執(zhí)行時(shí)間為121ns；雙數(shù)據(jù)指針，可更加快數(shù)據(jù)傳送； 高達(dá)32k flash存儲(chǔ)器，flash存儲(chǔ)器可分區(qū)為程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，flash存儲(chǔ)器可在系統(tǒng)串行編程，可加密，達(dá)1m次擦寫周期，； 1280k sram型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器； 2kb 啟動(dòng)rom； 34條i/o口線； 額外的32位累加器； 3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘，一個(gè)可編程看門狗定時(shí)器； 全雙工uart，帶dma主、從方式spi； 16位pwm； 多種能量控制方式，可耗電 < 1ma的空閑方式，可耗電<1 ua的停機(jī)模式，且各個(gè)模塊的供電可以控制，低電壓檢測； 21個(gè)中斷源，可提供系統(tǒng)的靈活實(shí)時(shí)控制； 表一給出了msc1210的大致特性。

flash存儲(chǔ)器的使用

msc1210系列單片機(jī)的片內(nèi)存儲(chǔ)器4k到32k字節(jié)不等。其中msc1210y5的存儲(chǔ)器最大，有32k字節(jié)。而所有的存儲(chǔ)器可以通過控制位來定義用于程序存儲(chǔ)的大小與用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的大小。用于程序存儲(chǔ)的flash只能通過cpu的取指令操作自動(dòng)訪問、以及用 movc 指令進(jìn)行表格查詢時(shí)用戶訪問。用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的flash可以片外ram的方式用movx指令任意讀寫。由于flash 的這種特性，可將程序使用剩余的flash定義為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)使用，而不需要擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，對(duì)于節(jié)省空間以及提高系統(tǒng)可靠性很有意義。硬件配置寄存器0（hcr0）的低3位將定義flash存儲(chǔ)器的劃分，表二與表三反映了不同flash容量器件的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的劃分情況。

在由hcr0的低3位定義了flash存儲(chǔ)器的劃分之后，程序存儲(chǔ)器的起始地址依然是0000h，但結(jié)束地址由劃分的尺寸決定（見表三）；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的起始地址由0400h開始，不是0000h，結(jié)束地址由劃分的尺寸決定（見表三）。在使用時(shí)，要注意數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫地址不要超出范圍。

24位模數(shù)轉(zhuǎn)換及其使用方法

msc1210內(nèi)帶8路24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，由輸入多路器、可編程增益放大器、調(diào)節(jié)器、數(shù)字濾波器、參考穩(wěn)壓源等組成。

1 輸入多路器

輸入多路器將切換多路模擬輸入信號(hào)到輸入緩沖器。共有9路輸入信號(hào)，其中一路為片內(nèi)溫度傳感器信號(hào)，每路輸入可設(shè)置單極性輸入與差分輸入。片內(nèi)配置有模擬輸入緩沖，當(dāng)不使用輸入緩沖時(shí)，輸入阻抗為5m歐姆，當(dāng)使用模擬輸入緩沖時(shí)，輸入阻抗由時(shí)鐘頻率與增益決定：

由寄存器admux選擇輸入通道以及相應(yīng)通道的極性。該寄存器絕對(duì)地址是0d7h，默認(rèn)值是01。該寄存器的8位含義如下：

其中高4位為輸入通道的正極性，inp2、inp1、inp0三位的二進(jìn)制值就是對(duì)應(yīng)的8路外部模擬通道，aincom是輸入模擬公共端，最后通道（內(nèi)部）為片內(nèi)溫度傳感器輸入。見表四。

每一個(gè)通道的輸入負(fù)極性選擇由該寄存器的低4位決定。見表五。

將表四與表五結(jié)合起來就可以選擇每一個(gè)輸入通道的輸入是正極性還是負(fù)極性、或是差分輸入（如果正負(fù)極性都選擇，就是差分輸入）。

2 可編程增益放大器與參考電壓

可編程增益放大器能設(shè)定增益為1、2、4、8、16、32、64、128 。使用可編程增益放大器能非常有效地改善轉(zhuǎn)換結(jié)果。當(dāng)5v為滿刻度時(shí)，設(shè)增益為1，則adc可分辨出1uv；當(dāng)40mv為滿刻度，增益為128時(shí)，可分辨75nv?？梢娍删幊淘鲆娣糯笃髟诟纳妻D(zhuǎn)換分辨率上非常有用。寄存器adcon0的低3位決定增益的大小。默認(rèn)值是1。該寄存器同時(shí)也決定參考電壓的選擇，第5位為1將使能內(nèi)部參考電壓發(fā)生器，第4位將決定參考電壓是2.5v還是1.5v。該寄存器默認(rèn)值為30h，表示增益為1，使用內(nèi)部2.5v 參考電壓。

也可以使用外部參考源，但要求穩(wěn)定性與精度都很高。使用外部參考源時(shí)，需要將內(nèi)部參考源關(guān)閉，這時(shí)內(nèi)部參考源的輸出引腳為高阻抗，因此為了方便一般也將內(nèi)部參考輸出與外部參考輸入兩引腳連在一起，再用電容濾波。

3 轉(zhuǎn)換頻率與轉(zhuǎn)換結(jié)果

可通過adc時(shí)鐘與轉(zhuǎn)換設(shè)置寄存器設(shè)定轉(zhuǎn)換頻率。adc時(shí)鐘將由aclk寄存器的低5位決定

adc時(shí)鐘 = 系統(tǒng)時(shí)鐘 / （ freq+1 ）

而采樣頻率在aclk的基礎(chǔ)之上由adcon2、adcon3兩寄存器（絕對(duì)地址0deh、0dfh）的內(nèi)容dr（共11位）決定：

采樣率 = （aclk + 1）/（64 * dr）

轉(zhuǎn)換結(jié)果將使用3個(gè)寄存器暫存：adresh（高字節(jié)）、adresm（中字節(jié)）、adresl（低字節(jié)）?？梢远〞r(shí)采樣，定時(shí)得到轉(zhuǎn)換結(jié)果。

4 a/d轉(zhuǎn)換舉例

下面的程序?qū)?shí)現(xiàn)輸入通道1的正極性模擬轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果送顯示緩存顯示。

總結(jié)

通過實(shí)際運(yùn)用，可以發(fā)現(xiàn)ti的帶24位a/d轉(zhuǎn)換的51內(nèi)核混合器件msc1210的確具有很高的性能、很高的集成度、很大的靈活性。尤其值得一提的是片內(nèi)flash的靈活運(yùn)用，省去了擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器需要的地址鎖存器與sram，以及大面積的印刷板空間；帶可編程增益放大的24位a/d轉(zhuǎn)換器可以實(shí)現(xiàn)非常高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換。