片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1、第9章 單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)aduc8xx系列芯片原理與應(yīng)用 aduc8xx是analog devices公司生產(chǎn)的單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，芯片內(nèi)部集成了與8051兼容的8位mcu內(nèi)核，多通道高速高精度12/16/24位adc，12位電壓輸出dac，具有8/62/64 kb（bytes）片內(nèi)閃速電擦除程序存儲器，640b /4kb片內(nèi)閃速電擦除數(shù)據(jù)存儲器， 256 /2304b片內(nèi)數(shù)據(jù)ram，16 mb外部數(shù)據(jù)地址空間，64 kb外部程序地址空間，工作頻率最高可達(dá)20mhz，3個16位定時器計數(shù)器，911個中斷源，2個優(yōu)先級，32條可編程的i/o線，具有mcu支持的看門狗定時器、電源監(jiān)視器以及adc d

2、ma功能，標(biāo)準(zhǔn)uart和spi串行接口i/o，與i2c（400 khz）兼容的2線串行i/o，以及pwm輸出。在競賽中，采用aduc8xx構(gòu)成的最小控制系統(tǒng)，可獲得事半功倍的效果。 本章介紹了aduc812、aduc814、aduc816、aduc824、aduc831/ aduc832、aduc834 /aduc836、aduc845/ aduc846 / aduc847系列芯片的主要技術(shù)性能與特點、芯片封裝與引腳功能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理和應(yīng)用電路，以及外圍擴展電路設(shè)計。 9.1 8通道12位adc/2個12位dac單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)aduc812 9.1.1 aduc812的主要技術(shù)性能與特

3、點的主要技術(shù)性能與特點 aduc812是analog devices公司生產(chǎn)的單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，芯片內(nèi)包含有8通道200 ksps 12位高精度adc，2個12位電壓輸出dac以及與8051兼容的8位mcu內(nèi)核。具有溫度系數(shù)為100 x 10-6的片內(nèi)電壓基準(zhǔn)、溫度傳感器。具有8 kb（bytes）片內(nèi)閃速電擦除程序存儲器，640 b片內(nèi)閃速電擦除數(shù)據(jù)存儲器， 256 b片內(nèi)數(shù)據(jù)ram，16 mb外部數(shù)據(jù)地址空間，64 kb外部程序地址空間。具有與8051兼容的mcu內(nèi)核，工作頻率為12 mhz（最高可達(dá)16 mhz），3個16位定時器計數(shù)器，9個中斷源，2個優(yōu)先級，32條可編程的i/o線，端

4、口3具有高電流驅(qū)動能力。具有mcu支持的看門狗定時器、電源監(jiān)視器以及adc dma功能，標(biāo)準(zhǔn)uart和spi串行接口i/o，與i2c（400 khz）兼容的2線串行i/o。 工作電源電壓為3v和5v，具有正常、空閑和低功耗模式。溫度范圍為40 +85。 9.1.2 aduc812的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) aduc812的內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖如圖9.1.1所示。 9.1.3 aduc812引腳功能和封裝形式引腳功能和封裝形式 aduc812采用mqfp -52和 lfcsp -56封裝，引腳封裝形式如圖9.1.2所示，引腳端功能如下：（a）mqfp -52封裝（b） lfcsp -56封裝圖9.1.2 a

5、duc812引腳封裝形式 dvdd為數(shù)字電源電壓正端，輸入電壓為3v或+5 v。 avdd為模擬電源電壓正端，輸入電壓為3v或5v。 agnd為模擬地。 dgnd為數(shù)字地。 cref 為片內(nèi)基準(zhǔn)電壓的去耦引腳端，在此引腳端連接一個0.1f的電容到agnd。 vref 為基準(zhǔn)電壓輸入輸出。此引腳端通過串聯(lián)電阻連接至內(nèi)部基準(zhǔn)電壓，是模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓源。內(nèi)部基準(zhǔn)電壓為2.5 v。此引腳端也可由外部基準(zhǔn)電壓驅(qū)動。 p0.7p0.0（a0a7）為端口0，是一個8位漏極開路雙向i/o端口。寫“1”到端口0，引腳浮置，為高阻抗輸入狀態(tài)。在訪問外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器時，端口0作為多路復(fù)用的地址低8位和

6、數(shù)據(jù)總線。 p1.0p1.7為端口1，是一個8位輸入端口。與其他端口不同，端口1默認(rèn)狀態(tài)為模擬輸入端口。配置端口1的任一個引腳端為數(shù)字輸入，應(yīng)寫“0”到對應(yīng)的端口位。端口1是一個多功能的端口，還具有以下功能：模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入（adc0adc7）、定時器計數(shù)器2輸入（t2、t2ex），spi接口的從設(shè)選擇輸入（）。 adc0adc7為模數(shù)轉(zhuǎn)換器的8個單端模擬輸入端，利用adccon2 sfr進(jìn)行通道選擇。 t2 為定時器2數(shù)字輸入。輸入到定時器計數(shù)器2。當(dāng)定時器計數(shù)器2被使能時，在t2輸入的“1”到“0”的跳變，使計數(shù)器2加1。 t2ex為數(shù)字輸入。計數(shù)器2的捕獲重載觸發(fā)端，輸入用來控制計數(shù)器2進(jìn)

7、行/-計數(shù)。 為spi接口的從設(shè)選擇輸入。 p2.0p2.7（a8a15）（a16a23）為端口2，是一個具有內(nèi)部上拉電阻的雙向端口。寫“1”到端口2，內(nèi)部上拉到高電平，為輸入狀態(tài)。當(dāng)被外部下拉到低電平時，端口2將提供電流。在訪問外部24位外部數(shù)據(jù)存儲器時，端口2發(fā)出24位外部數(shù)據(jù)存儲器的中間地址（a8a15）和高端地址（a16a23）。 p3.0p3.7為端口3，是一個具有內(nèi)部上拉電阻的雙向端口。寫“1”到端口3，內(nèi)部上拉到高電平，為輸入狀態(tài)。當(dāng)被外部下拉到低電平時，端口3將提供電流。端口3是一個多功能的端口，還具有以下功能：rxd、txd、 等 t0為定時器計數(shù)器0輸入。 t1為定時器計數(shù)

8、器1輸入。 低電平有效，當(dāng)外部轉(zhuǎn)換啟動功能被使能時，對于adc模塊，有效的低電平轉(zhuǎn)換啟動邏輯輸入。在此引腳端輸入信號從低電平跳變?yōu)楦唠娖剑瑢迅?保持進(jìn)入其保持方式并啟動轉(zhuǎn)換。 為寫控制信號，邏輯輸出。把來自端口0的數(shù)據(jù)字節(jié)鎖存到外部數(shù)據(jù)存儲器。 為讀控制信號，邏輯輸出。使能外部數(shù)據(jù)存儲器到端口0。 sdata為用戶可選擇為與兼容的i2c或spi的數(shù)據(jù)輸入輸出引腳端。 sclock為兼容的i2c或者spi的串行接口時鐘引腳端。 mosi 為spi主設(shè)輸出從設(shè)輸入數(shù)據(jù)i/o引腳端。 miso為spi主設(shè)輸入從設(shè)輸出數(shù)據(jù)i/o引腳端。 dac0 為dac0電壓輸出。 dac1 為dac1電壓輸出

9、。 reset為數(shù)字輸入。當(dāng)振蕩器運行時，在此引腳端上，加上一個長達(dá)24個主時鐘周期的高電平可使器件復(fù)位。在這個引腳端必須加上外部電源導(dǎo)通復(fù)位（por）電路。 xtal2為時鐘振蕩器的反相放大器輸出。 xtal1輸入到時鐘振蕩器的反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生器電路。 為外部程序存儲器使能控制信號，邏輯輸出。在外部取指操作期間內(nèi)允許外部程序存儲器數(shù)據(jù)送到總線。除了在外部數(shù)據(jù)存儲器訪問期間，它每6個時鐘周期有效。在內(nèi)部程序器執(zhí)行期間，此引腳端保持高電平。當(dāng)上電或者復(fù)位時，通過電阻下拉到低電平，也可用來使能串行下載模式。 ale 地址鎖存使能，邏輯輸出。在正常操作時，此輸出信號用來鎖存地址的低字節(jié)（和2

10、4位地址空間訪問的頁字節(jié)）到外部存儲器。除了在外部數(shù)據(jù)存儲器訪問時，它每6個振蕩周期有效。 為外部存儲器訪問使能，邏輯輸入。當(dāng)此引腳端保持為高電平時，使能器件從地址為0000 h1fffh的內(nèi)部程序存儲器獲取指令代碼。當(dāng)此引腳端保持為低電平時，使能器件從外部程序存儲器獲取所有指令代碼。 9.1.4 aduc812的應(yīng)用電路的應(yīng)用電路 aduc812的典型應(yīng)用電路如圖9.1.3所示，圖中adm202是一個rs232接口芯片，adm810是一個上電復(fù)位控制芯片。aduc812的uart串行接口是全雙工的，通過adm202 rs232收發(fā)器連接到9線d型連接器上，可以直接與pc機連接。 aduc81

11、2具有8 kb（bytes）片內(nèi)閃速電擦除程序存儲器和在線下載/調(diào)試/編程功能，利用analog devices公司提供的quickstart開發(fā)系統(tǒng)（quickstart development system，），不需要任何硬件仿真器就可以進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。 aduc812采用與8051兼容的8位mcu內(nèi)核，所有8051的應(yīng)用程序都可以直接移植。在利用quickstart開發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和下載程序時，需要利用一個1k的電阻將引腳端下拉到低電平。對于已寫入程序的應(yīng)用系統(tǒng)，只需要斷開連接在引腳端的下拉電阻，應(yīng)用系統(tǒng)即可正常運行。 圖9.1.3 aduc812的典型應(yīng)用電路 9.5 8通道12位

12、adc/2個dac64kb閃存單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)aduc831/aduc832 9.5.1 aduc831/ aduc832的主要技術(shù)性能與特點的主要技術(shù)性能與特點 aduc831/ aduc832是analog devices公司生產(chǎn)的單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，芯片內(nèi)包含有8通道247ksps 12位adc，2個12位電壓輸出dac以及與8052兼容的8位mcu內(nèi)核。具有64kb（bytes）片內(nèi)閃速電擦除程序存儲器（aduc832為62kb），4kb片內(nèi)閃速電擦除數(shù)據(jù)存儲器， 2304b片內(nèi)數(shù)據(jù)ram。具有與8052兼容的mcu內(nèi)核，工作頻率最高可達(dá)16mhz（aduc831使用頻率為116mhz外

13、部晶振，aduc832使用32khz外部晶振，利用片內(nèi)pll電路產(chǎn)生mcu內(nèi)核所需要的工作頻率），3個16位定時器計數(shù)器，12個中斷源，2個優(yōu)先級，雙數(shù)據(jù)指針，11位堆棧指針，32條可編程的i/o線，2路16位pwm（脈寬調(diào)制輸出）輸出。具有mcu支持的看門狗定時器、片內(nèi)電壓基準(zhǔn)、溫度傳感器、電源監(jiān)視器以及adc dma功能，標(biāo)準(zhǔn)uart和spi串行接口i/o，與i2c（400khz）兼容的2線串行i/o。 工作電源電壓為3v和5v，具有正常、空閑和低功耗模式，低功耗模式電流消耗為20a。溫度范圍為40+125。 aduc841/aduc842/aduc843與aduc812/aduc831/

14、aduc832引腳封裝兼容，采用與8052兼容的mcu內(nèi)核，工作頻率最高可達(dá)20mhz，具有8通道420ksps 12位adc，其它功能與aduc831/aduc832基本相同。 9.5.2 aduc831/ aduc832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) aduc831/aduc832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖如圖9.5.1所示，aduc832內(nèi)部具有pll電路。圖9.5.1 aduc831/ aduc832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖 9.5.3 aduc831/ aduc832引腳功能和封裝形式引腳功能和封裝形式 aduc831/aduc832采用pqfp-52和csp-56封裝，引腳封裝形式如圖9.5.2所示，引腳端p

15、wmc為pwm時鐘輸入。引腳端pwm0為pwm0電壓輸出，pwm輸出能夠被配置使用引腳端p2.6，p2.7，p3.4，p3.3。引腳端pwm1為pwm1電壓輸出 ，更多的信息見cfg831寄存器。其它引腳端功能見aduc812部分。（a）pqfp -52封裝（b） csp -56封裝圖9.5.2 aduc831引腳封裝形式 9.5.4 aduc831/aduc832的應(yīng)用電路的應(yīng)用電路 aduc831/aduc832的典型應(yīng)用電路如圖9.5.3所示，圖中adm202是一個rs232接口芯片，adm810是一個上電復(fù)位控制芯片。aduc831/aduc832的uart串行接口是全雙工的，通過ad

16、m202 rs232收發(fā)器連接到9線d型連接器上，可以直接與pc機連接。 aduc831/aduc832具有64kb/62kb（bytes）片內(nèi)閃速電擦除程序存儲器和在線下載/調(diào)試/編程功能，利用analog devices公司提供的quickstart開發(fā)系統(tǒng)（quickstart development system，），不需要任何硬件仿真器就可以進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。 aduc831/aduc832采用與8052兼容的8位mcu內(nèi)核，所有8052的應(yīng)用程序都可以直接移植。在利用quickstart開發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和下載程序時，需要利用一個1k的電阻將引腳端 下拉到低電平。對于已寫入程序的應(yīng)

17、用系統(tǒng)，只需要斷開連接在引腳端 的下拉電阻，應(yīng)用系統(tǒng)即可正常運行。aduc831 aduc832圖9.5.3 aduc831/ aduc832的典型應(yīng)用電路 9.7 10通道24位/16位adc/12位dac 62kb閃存單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)aduc845/aduc847/aduc848 9.7.1 aduc845/ aduc847/ aduc848的主要技術(shù)性能與的主要技術(shù)性能與特點特點 aduc845/aduc847/aduc848是analog devices公司生產(chǎn)的單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，芯片內(nèi)包含有10通道一24位/16位adc（aduc845有2個獨立的24位adc，aduc847有1個2

18、4位adc，aduc848有1個16位adc），漂移為10nv/，增益漂移為 0.5ppm/，可編程增益放大器（pga）、1個12位電壓輸出dac以及與8052兼容的8位mcu內(nèi)核。具有62kb（bytes）片內(nèi)閃速電擦除程序存儲器，4kb片內(nèi)閃速電擦除數(shù)據(jù)存儲器，2304b片內(nèi)數(shù)據(jù)ram。 具有與8052兼容的mcu內(nèi)核，采用外部32khz的晶振工作，利用片內(nèi)可編程鎖相環(huán)（pll）提供內(nèi)部mcu所需的工作頻率，工作頻率最高可達(dá)12.58mhz，3個16位定時器計數(shù)器，11個中斷源，2個優(yōu)先級，雙數(shù)據(jù)指針，11位堆棧指針，24條可編程的i/o線，2路16位pwm（脈寬調(diào)制輸出）輸出。具有mcu

19、支持的看門狗定時器、溫度傳感器（僅aduc845有）、電源監(jiān)視器，標(biāo)準(zhǔn)uart和spi串行接口i/o，與i2c兼容的2線串行i/o。 工作電源電壓為3v和5v，電流消耗為4.8ma（3.6v電源電壓），低功耗模式電流消耗為20 a。溫度范圍為40+125。 9.7.2 aduc845/ aduc847/ aduc848的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) aduc845/aduc847/aduc848的內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖如圖9.7.1所示，aduc845有2個獨立的 24位adc，aduc847有1個24位adc，aduc848有1個16位adc。圖9.7.1 aduc845/ aduc847/ aduc848的

20、內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖 9.7.3 aduc845/ aduc847/ aduc848引腳功能和封裝形引腳功能和封裝形式式 aduc845/aduc847/aduc848采用mqfp-52和lfcsp-56封裝，引腳封裝形式如圖9.7.2所示，各引腳端符號如圖9.7.1中所示。引腳端功能見aduc812、aduc816、aduc831部分。（a）mqfp-52封裝（b）lfcsp-56封裝圖9.7.2 aduc845/ aduc847/ aduc848引腳封裝形式 9.7.4 aduc845/ aduc847/ aduc848的應(yīng)用電路的應(yīng)用電路 aduc845/aduc847/aduc848的應(yīng)用電

21、路例如圖9.7.3所示，圖中adm3202是一個rs232接口芯片，aduc845/aduc847/aduc848的uart串行接口是全雙工的，通過adm202 rs232收發(fā)器連接到9線d型連接器上，可以直接與pc機連接。 aduc845/aduc847/aduc848具有62kb（bytes）片內(nèi)閃速電擦除程序存儲器和在線下載/調(diào)試/編程功能，利用analog devices公司提供的quickstart開發(fā)系統(tǒng)（quickstart development system，），不需要任何硬件仿真器就可以進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。 aduc845/ aduc847/ aduc848采用與8052兼

22、容的8位mcu內(nèi)核，所有8052的應(yīng)用程序都可以直接移植。在利用quickstart開發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和下載程序時，需要將利用一個1k的電阻將 引腳端下拉到低電平。對于已寫入程序的應(yīng)用系統(tǒng)，只需要斷開連接在 引腳端的下拉電阻，應(yīng)用系統(tǒng)即可正常運行。圖9.7.3 aduc845/ aduc847/ aduc848的典型應(yīng)用電路 9.8 單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)aduc8xx系列芯片外圍擴展電路系列芯片外圍擴展電路 9.8.1 aduc8xx電源電路電源電路 單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)aduc8xx系列芯片的電源電路如圖9.8.1所示，圖（a）為雙電源供電電路，圖（b）為單電源供電電路。（a）雙電源供電電路（b）單電源供電電