DS2450轉(zhuǎn)換器與51單片機(jī)接口設(shè)計(jì)

在普通方式下其串行通信速率為16．3kbps，而超速工作模式時的速率可達(dá) 142kbps，片內(nèi)16位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼生成器可用于檢測通信的正確性。DS2450是DALLAS公司生產(chǎn)的單總線四通道逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器芯片，它的輸入電壓范圍、轉(zhuǎn)換精度位數(shù)和報(bào)警門限電壓均可編程；每個通道均可用各自的存儲器來存儲電壓范圍設(shè)置、轉(zhuǎn)換結(jié)果和門限電壓等參數(shù)。DS2450采用8腳SOIC小體積封裝。它既可用單5V電源供電，也可采用寄生電源方式供電，芯片正常工作時的功耗僅2.5mW，空閑時的功耗為25μW。多個DS2450或其它功能的具有MicroLAN接口的單總線芯片可以并聯(lián)，CPU只需一根端口線就能與諸多單總線芯片通信，而且占用微處理器的端口較少，因此可節(jié)省大量的引出腳和邏輯電路。

　　1 DS2450的引腳排列和內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS2450PDF下載

　　1．1 引腳功能

　　DS2450采用8腳SOIC封裝，其管腳功能描述如下：

• 　　1腳（VDD）：工作電源接入端；
• 　　2腳（N．C）：懸空引腳；
• 　　3腳（DATA）：串行數(shù)據(jù)輸入／輸出端；
• 　　4腳（GND）：接地端；
• 　　5腳（AIN－A）：A路模擬電壓輸入端；
• 　　6腳（AIN－B）：B路模擬電壓輸入端；
• 　　7腳（AIN－C）：C路模擬電壓輸入端；
• 　　8腳（AIN－D）：D路模擬電壓輸入端。

　　1．2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　DS2450的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以被看作是該DS2450的地址序列碼。64位光刻 ROM的排列是：開始8位（20H）為產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的48位是該DS2450自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC＝X⁸＋X⁵＋X⁴＋1）；光刻ROM的作用是使每一個單總線器件的地址都各不相同，以便在一根總線上掛接多個單總線芯片。

　　對于一線端口，在ROM功能建立之前，其它功能是無法實(shí)現(xiàn)的?？偩€控制器必須首先通過DATA引腳為DS2450提供一個ROM功能控制命令（8位）。它的7個功能控制命令為：

　?。?）讀ROM，命令字［33H］；

　?。?）匹配ROM［55H］；

　?。?）搜索ROM［F0H］；

　?。?）跳過ROM［CCH］；

　?。?）條件搜索ROM［ECH］；

　?。?）超速跳過ROM［3CH］；

　?。?）超速匹配ROM［69H］。

　　其中超速跳過ROM或超速匹配ROM命令執(zhí)行后可使串行通信速率高達(dá)142kbps。如果多個器件連接在一線上，這些命令可對每個器件的64位ROM 部分進(jìn)行操作，并挑選出一個特定的器件。然后對選中的DS2450執(zhí)行下一步的A／D轉(zhuǎn)換控制命令以及讀寫存儲器命令，所有命令或數(shù)據(jù)的讀／寫均從最低位開始。

　　1．3 存儲器

　　DS2450內(nèi)部有24個地址相連的8位存儲器，可將其分成3頁，每頁8字節(jié)。第0頁為A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲器，每個通道占2個字節(jié)共16位。當(dāng)芯片上電復(fù)位時，該頁清0；第1頁為A／D轉(zhuǎn)換控制與狀態(tài)存儲器；第2頁為各通道輸入高／低限報(bào)警值存儲器。

　　2 轉(zhuǎn)換與讀／寫控制

　　2．1 轉(zhuǎn)換控制

　　DS2450的轉(zhuǎn)換控制首先通過其DATA端串行送出轉(zhuǎn)換命令字［3CH］，然后送出通道選擇字和預(yù)置控制字，最后啟動A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。DS2450的通道選擇字和預(yù)置控制字的各位含義如表1所列。

　　在通道選擇字中，對應(yīng)位為1表示該通道參與轉(zhuǎn)換。在同時選擇多個通道時，其轉(zhuǎn)換順序?yàn)锳→B→C→D，未選中的通道將被跳過。其A／D轉(zhuǎn)換的時間可近似為：

　　轉(zhuǎn)換時間＝通道數(shù)×轉(zhuǎn)換精度位數(shù)×80μs＋160μs。

　　當(dāng)所有通道轉(zhuǎn)換完畢后，系統(tǒng)將發(fā)出讀存儲器命令以獲得轉(zhuǎn)換結(jié)果和對應(yīng)的狀態(tài)。

　　預(yù)置控制字可用于對相應(yīng)通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲器進(jìn)行預(yù)置。當(dāng)SET、CLR＝00時，為不預(yù)置，即保持上次轉(zhuǎn)換值；當(dāng)SET、CLR＝01時，轉(zhuǎn)換前預(yù)置為全0；當(dāng)SET、CLR＝10時，預(yù)置為全1；而SET、CLR＝11為無效組合。

　　2．2 存儲器讀／寫控制

　　讀存儲器命令可用于讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果、工作狀態(tài)和門限設(shè)定值等?？偩€管理器首先送出讀存儲器命令字［AAH］，然后送出兩字節(jié)的16位“起始數(shù)據(jù)”存儲器地址，并在總線上讀取一個字節(jié)的數(shù)據(jù)后，地址自動加1，緊接著讀取下一個數(shù)據(jù)；當(dāng)一頁讀完后，隨后讀取的兩個字節(jié)為內(nèi)部自動產(chǎn)生的16位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼，它是由前面送出的命令字、地址和讀取的存儲器數(shù)據(jù)并根據(jù)下列表達(dá)式生成的：

CRC16＝X¹⁶＋X¹⁵＋X²＋1

　　寫存儲器命令主要針對第1頁和第2頁存儲器，其目的是寫入各通道的工作方式控制字和對應(yīng)通道的高、低門限設(shè)定值?？偩€管理器首先送出寫存儲器命令字［55H］，然后送出兩字節(jié)的16位存儲器起始地址，接著逐個送出要寫入的數(shù)據(jù)，其地址也是自動加1。若在剛寫完一個數(shù)據(jù)后執(zhí)行讀操作，讀出的數(shù)據(jù)應(yīng)剛好為前一次寫入的數(shù)據(jù)，可利用這一特點(diǎn)對寫入和讀出的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以判斷傳輸?shù)恼_性。

　　如果在軟件校驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)讀／寫中的傳輸錯誤，則必須對DS2450芯片進(jìn)行初始化，并重新進(jìn)行讀／寫操作。

　　2．3 DS2450的工作時序

　　DS2450的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ROM功能命令→存儲器讀寫／轉(zhuǎn)換控制功能命令→傳輸數(shù)據(jù)。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序，圖2給出了普通工作模式下的工作時序。

　　3 DS2450與單片機(jī)的典型接口設(shè)計(jì)

　　圖3是MCS－51系列單片機(jī)與DS2450的典型連接電路。其中DS2450的DATA端接AT89C51的P1．0，該電路采用外接電源供電方式，其DS2450的VCC端用 5V電源供電。此例僅對D通道進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，AIN－D接模擬信號輸入；AIN－A和AIN－B外接上拉電阻到電源，其輸出可作為D通道的高、低限報(bào)警信號。

　　如果單片機(jī)系統(tǒng)所用的晶振頻率為12MHz，那么可根據(jù)DS2450的初始化時序、寫時序和讀時序來分別編寫三個子程序：其中INIT為初始化子程序，可用于發(fā)送復(fù)位脈沖并接收存在脈沖；WRITE為寫（命令或數(shù)據(jù)字節(jié)）子程序；READ為讀數(shù)據(jù)子程序。所有要讀寫的命令或數(shù)據(jù)字節(jié)均被放在A寄存器中。

　　通過主機(jī)控制DS2450來完成A／D轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過以下幾個步驟：初始化、發(fā)ROM功能命令和相應(yīng)的64位光刻ROM數(shù)據(jù)、選中特定芯片、寫入工作方式控制字和高／低限門限值、發(fā)轉(zhuǎn)換控制命令、讀取轉(zhuǎn)換值及狀態(tài)等。

　　如果將D通道設(shè)定為5．1V輸入范圍，轉(zhuǎn)換精度為12位，高報(bào)警門限為3．0V（96H），低報(bào)警門限為2．0V（64H），并將通道A和通過B作為報(bào)警輸出，最后將轉(zhuǎn)換結(jié)果放在30H和31H處，那么其子程序CTLAD的具體程序清單如下：

　　CTLAD：LCALLINIT；發(fā)復(fù)位脈沖并接收存在脈沖

　　如果一線上掛接有多個DS2450以及其他單總線接口芯片，那么采用寄生電源供電和超速模式工作且要求在通訊中進(jìn)行校驗(yàn)的子程序CTLAD的編寫可能會復(fù)雜一些。