帶8通道12位AD轉(zhuǎn)換器ADuC812及其應(yīng)用
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1、引 言
A／D轉(zhuǎn)換器的種類很多，不同的應(yīng)用場合對其要求不同，有的要求高轉(zhuǎn)換速率，有的要求有高精度，還有的用于便攜式儀表中，需要低功耗等等。用于數(shù)據(jù)采集板的A／D轉(zhuǎn)換器，一般是和計算機(jī)或微處理器結(jié)合在一起使用。隨著單片機(jī)在各種智能儀器儀表中的廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)了一些將A／D轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)內(nèi)核集成在一塊芯片上的數(shù)據(jù)采集芯片，ADuC812就是這樣一種芯片。
ADuC812是8通道12位逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器，它具有如下特點（見 Analog Devices公司的資料：MicroConverter，Multichannel 12－Bit ADC withEmbedded Flash MCU ADuC812，2002）：
內(nèi)含8通道高精度12位A／D轉(zhuǎn)換器；高達(dá)200kHz的采樣轉(zhuǎn)換速率；可通過DMA控制器實現(xiàn)由ADC到外部數(shù)據(jù)存儲器之間的高速數(shù)據(jù)存儲；片內(nèi)還包含2個12位D／A轉(zhuǎn)換器；片內(nèi)包含有溫度傳感器；片內(nèi)集成有和8051兼容的MCU內(nèi)核，工作頻率為12MHz，最高可達(dá)16MHz，MCU上帶有3個16位定時／計數(shù)器，9個中斷源，兩級中斷優(yōu)先級；片內(nèi)帶8K字節(jié)的FLASH程序存儲器，640字節(jié)FLASH數(shù)據(jù)存儲器，以及256字節(jié)的片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲器，同時還可擴(kuò)展16M字節(jié)外部數(shù)據(jù)存儲器以及64K字節(jié)的程序存儲器；低電壓 3V或5V供電，有節(jié)電模式；帶UART和SPI串行接口；帶看門狗定時器。
2、管腳說明
ADuC812采用S－52封裝，它的大部分管腳和8051相應(yīng)管腳功能相同，幾個主要管腳功能如下：
P1口：和8051的P1口功能不同，它只能作為模擬或數(shù)字信號的輸入口，而不能作為輸出口，缺省狀態(tài)為8路模擬信號輸入端，要使它們中的某位變?yōu)閿?shù)字信號輸入腳，應(yīng)向P1口對應(yīng)的特殊功能寄存器的相應(yīng)位寫入“0”信號，如果該特殊功能寄存器的相應(yīng)位為“1”，則該位對應(yīng)的管腳為模擬信號輸入腳；
DAC0、DAC1：為兩路D／A轉(zhuǎn)換器的模擬信號輸出腳；
SS、SCLK、MOSI、MISO：為串行設(shè)備接口（SPI）。
SS為SPI接口的從屬設(shè)備選擇，在多機(jī)通信中使用，SCLK為SPI接口時鐘，MOSI以及MISO為輸入／輸出數(shù)據(jù)線；
D0、D1：和SPI接口復(fù)用的數(shù)字輸出腳，通過DCON特殊功能寄存器控制從D0或D1腳輸出數(shù)字信號；
T2：定時器2數(shù)字信號輸入腳；
T2EX：數(shù)字輸入腳，讀取定時器2的計數(shù)器或重裝該計數(shù)器的觸發(fā)腳，負(fù)跳變時有效。
其它腳的功能和8051相應(yīng)腳的功能相同。
3、使用方法
3．1 程序存儲器
程序存儲器分為片內(nèi)程序存儲器和片外程序存儲器，片內(nèi)含有8K字節(jié)的FLASH可編程程序存儲器，可滿足大部分?jǐn)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計要求，該段程序存儲器可以用兩種方式寫入，一種是通過標(biāo)準(zhǔn)的UART串行接口進(jìn)行串行下載寫入，當(dāng)PSEN管腳通過外部電阻接地時，在上電后自動進(jìn)入串行下載模式，通過串行口自動從外部開發(fā)系統(tǒng)中下載程序；第二種方式和E2PROM的編程方式相同，通過編程器進(jìn)行并行寫入。
3．2 數(shù)據(jù)存儲器
ADuC812的用戶數(shù)據(jù)存儲器包含三部分，片內(nèi)640字節(jié)的FLASH數(shù)據(jù)存儲器、256字節(jié)的RAM以及片外可擴(kuò)展到16M字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器，其中 640字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器被分成160頁，每頁4字節(jié)，通過6個特殊功能寄存器來進(jìn)行存取，即通過ECON、EADRL以及EDATA1～4來存取，EADRL寄存器指定要進(jìn)行數(shù)據(jù)存取的頁地址，ECON控制寄存器可控制EDATA1～4寄存器和EADRL指定的頁內(nèi)4個存儲器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，而ECON還可控制FLASH數(shù)據(jù)存儲器的擦除、校驗等操作，它的控制模式如表1所示。
外部數(shù)據(jù)存儲器的尋址范圍為000000H～0FFFFFFH，共有16M字節(jié)地址空間，低16位地址線的連接和8051單片機(jī)系統(tǒng)中的外部數(shù)據(jù)存儲器的地址連接方式相同，高8位的連接方式是復(fù)用P2口，利用ALE地址鎖存信號在鎖存P0口的低8位地址信號的同時鎖存高8位地址信號，來實現(xiàn)16M字節(jié)地址空間的尋址。它的數(shù)據(jù)指針和8051單片機(jī)不同，是由3個8位寄存器組成，即DPP（頁字節(jié)）、DPH（高位字節(jié)）、DPL（低位字節(jié)）。
3．3 A／D轉(zhuǎn)換器
ADuC812包含一個8通道單電源12位逐次逼近A／D轉(zhuǎn)換器，A／D轉(zhuǎn)換器的線性誤差為±1／2 LSB，轉(zhuǎn)換時間為5μs，可以提供內(nèi)部2．5V參考電源，同時也可以外接從2．5V到AVDD的參考電源，通過ADCCON1～3三個特殊功能寄存器來控制A／D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果可保存在ADCDATAH／L二個特殊功能寄存器中，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)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的高四位用來保存采樣的通道號。如果采樣數(shù)據(jù)較大，如以 200kHz的速率對被輸入的模擬信號進(jìn)行連續(xù)采樣，這時必須用DMA模式，將采樣數(shù)據(jù)直接保存在外部數(shù)據(jù)存儲器中，采樣結(jié)束后再對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
三個控制寄存器的功能如下。
（1）ADCCON1控制采集和轉(zhuǎn)換時間以及轉(zhuǎn)換模式，各位的功能如下：
AQ1、AQ0選擇ADC采樣保持時鐘，分頻系數(shù)從ADC時鐘分頻產(chǎn)生，AQ1－0為00～11時分別按1、2、4、8分頻。
T2C：定時器2溢出觸發(fā)位，通過置位該位，可使用定時器2的溢出信號作為ADC轉(zhuǎn)換觸發(fā)信號。
EXC：ADC轉(zhuǎn)換外部觸發(fā)使能位，通過置位該位，可由外部引腳（CONVST）來觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換。
（2）ADCCON2控制通道選擇和轉(zhuǎn)換模式：
其中，ADCI為中斷標(biāo)志位；DMA為DMA模式使能位；CCONV為連續(xù)轉(zhuǎn)換模式使能位；SCONV為單次轉(zhuǎn)換模式使能位；CS3、CS2、CS1、 CS0為通道選擇位，用戶通過程序指定須進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換的通道。CS3－0為0000～0111時指示8個通道號，1000時指示溫度傳感器，1111為 DMA終止信號，其他情況保留。
?。?）ADCCON3用于給出ADC狀態(tài)指示位，只有第7位為BUSY位，其它位保留，BUSY位為只讀位，在一個有效的ADC轉(zhuǎn)換或校驗周期中，該位為“1”，當(dāng)轉(zhuǎn)換或校驗結(jié)束后，該位清“0”。
3．4 D／A轉(zhuǎn)換器
ADuC812包含兩個12位的D／A轉(zhuǎn)換器，每個D／A轉(zhuǎn)換器可用于轉(zhuǎn)換12位或8位數(shù)據(jù)，兩個D／A轉(zhuǎn)換器共用一個控制寄存器DACCON，每個轉(zhuǎn)換器還有兩個數(shù)據(jù)寄存器，實現(xiàn)A／D轉(zhuǎn)換的12位數(shù)據(jù)在寄存器中是右調(diào)整，低8位在DACxL寄存器中，高4位在DACxH的低4位中，控制寄存器 DACCON各位
的作用如下所示：
其中，MODE用于控制DAC轉(zhuǎn)換的模式，“1”為8位模式，“0”為12位模式；RNG1、RNG0用于輸出范圍控制，“1”為0～VDD，“0”為0～VREF；CLR1、 CLR0為輸出清除位，“0”使輸出強(qiáng)迫為0V，“1”使輸出正常；SYNC為兩通道輸出同步控制位，為“1”時，改寫DACxL寄存器，輸出即產(chǎn)生變化，要使兩通道同步變化，須在SYNC為“0”時，更新兩個通道的DACxL／H寄存器，然后使SYNC位置“1”，兩通道同步更新輸出值；PD1、 PD0為節(jié)電模式位，“0”關(guān)閉相應(yīng)通道的D／A轉(zhuǎn)換，“1”打開D／A轉(zhuǎn)換。
D／A轉(zhuǎn)換器的參考電壓可由DACCON控制寄存器通過軟件選擇VREF或VDD，使輸出電壓范圍分別為0～VREF或0～VDD，D／A轉(zhuǎn)換的響應(yīng)時間小于15μs。
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