基于ADμC812的在系統(tǒng)可編程數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)

1在系統(tǒng)可編程

在系統(tǒng)可編程（In System Programmable,ISP）技術(shù)使得使用者能夠在目標(biāo)系統(tǒng)中，或者在電路板上對(duì)可編程器件進(jìn)行編程或反復(fù)編程。這個(gè)編程過程可在系統(tǒng)的開發(fā)、制造過程中甚至在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。

在系統(tǒng)可編程器件的編程通常通過PC機(jī)實(shí)現(xiàn)。在編程過程中，器件無需從電路板上拔除，所需要的編程電壓與器件的工作電壓相同，不需要專門的編程器支持。

2ADμC812介紹

2.1ADμC812的總體介紹

ADμC812是一種把8位微控制器（指令集與8051微控制器兼容）和12位A/D轉(zhuǎn)換器以及12位D/A轉(zhuǎn)換器等外圍電路集成在一塊芯片上的12位數(shù)據(jù)采集集成電路，他的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

芯片中與8051兼容的CPU由在片8 kB FLASH/EE程序存儲(chǔ)空間，640 B FLASH/EE和256 B SRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間支持。

在模擬信號(hào)處理方面，ADμC812提供8通道、12位、200 KSPS的A/D轉(zhuǎn)換器；提供2通道、1 2位的D/A轉(zhuǎn)換器。芯片還提供上述轉(zhuǎn)換所需要的參考電源，同時(shí)具有轉(zhuǎn)換結(jié)果的校準(zhǔn)能力。

ADμC812其他外圍功能包括監(jiān)視定時(shí)、通用定時(shí)/計(jì)數(shù)、電源管理、ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果的直接存儲(chǔ)（DMA）等功能。在數(shù)字信號(hào)傳輸方面，該芯片提供4個(gè)8位并行I/O接口、與SPI兼容的串行接口和標(biāo)準(zhǔn)UART串行接口。

2.2外部存儲(chǔ)器接口

ADμC812可以訪問64 K外部程序存儲(chǔ)器和16 M外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。對(duì)外部程序存儲(chǔ)器的訪問與標(biāo)準(zhǔn)的8051芯片相同。對(duì)容量達(dá)16 M外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的訪問電路圖如圖2所示。要訪問1 6 M數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器需要24條地址線，ADμC812的數(shù)據(jù)指針（DPTR）由3個(gè)特殊存儲(chǔ)器（DPP，DPH和DPL）組成。在訪問數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，首先分別通過P0口和P2口送出特殊存儲(chǔ)器DPL和DPP中的地址，他們由ALE信號(hào)控制鎖存，然后再由P2口提供特殊存儲(chǔ)器DPH中的地址，通過上述2個(gè)步驟產(chǎn)生 24位地址信號(hào)。

2.3A/D轉(zhuǎn)換的DMA工作模式

A/D轉(zhuǎn)換的DMA工作模式允許A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果不通過CPU直接進(jìn)入外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，他使得A/D轉(zhuǎn)換的速率達(dá)到200 KSPS。

在這個(gè)模式工作期間，CPU可以繼續(xù)執(zhí)行程序代碼，但是不能訪問P0口和P2口。在進(jìn)入這個(gè)模式工作前，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器應(yīng)被寫入待進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的通道號(hào)。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)A/D轉(zhuǎn)換的DMA工作模式包含以下3個(gè)步驟：
　　(1)從外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀取待轉(zhuǎn)換的通道號(hào)。
　　(2)完成該通道的A/D轉(zhuǎn)換。
　　(3) 把該通道的4位通道號(hào)和12位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果組合成2個(gè)8 B存儲(chǔ)到外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

上述過程是以流水線方式工作以保證200 KSPS的A/D轉(zhuǎn)換速率。

2.4ADμC812的在系統(tǒng)可編程

ADμC812的存儲(chǔ)器采用FLASH/EE存儲(chǔ)技術(shù)，這種技術(shù)把EPROM存儲(chǔ)器的高密度特點(diǎn)和E2P ROM存儲(chǔ)器的在線可重復(fù)編程特點(diǎn)結(jié)合在一起。FLASH/EE存儲(chǔ)器技術(shù)使得ADμC812可以在在線情況下被裝入程序代碼。在線載入程序代碼是通過芯片的標(biāo)準(zhǔn)UART串行接口實(shí)現(xiàn)的，因此這個(gè)過程也被稱作串行下載。應(yīng)用ADμC812的串行下載能力，用戶可以在不把芯片從系統(tǒng)上取下來的情況下對(duì)其進(jìn)行編程，而且編程過程并不需要編程器提供支持?；谶@樣的串行下載能力，ADμC812可以在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)很方便地對(duì)他內(nèi)部的應(yīng)用程序進(jìn)行升級(jí)。

ADμC812串行下載工作模式可以通過在加電時(shí)或者手工復(fù)位時(shí)把芯片管腳（PSEN）通過一個(gè)電阻（典型值為1 kΩ）接地來進(jìn)入。當(dāng)進(jìn)入串行下載工作模式，芯片的下載過程將啟動(dòng)。這個(gè)過程完成對(duì)芯片標(biāo)準(zhǔn)UART串行接口的配置、與管理下載過程的主機(jī)通信、準(zhǔn)備接收下載程序代碼到片內(nèi)程序存儲(chǔ)空間。程序下載時(shí)的編程電壓和ADμC812正常工作時(shí)的電壓相同，工作電壓范圍為2.7~5.5 V，不需要專門的高編程電壓。

ADμC812 QuickStart開發(fā)系統(tǒng)支持串行下載的執(zhí)行，他的工作不需要硬件支持。開發(fā)系統(tǒng)不僅支持串行下載，也支持程序調(diào)試和仿真，其內(nèi)容包括單步、斷點(diǎn)和全部在片外圍的調(diào)試。ADμC812 QuickStart開發(fā)系統(tǒng)基于Windows操作系統(tǒng)工作，他與ADμC812的通信通過PC機(jī)的串行口（COM）實(shí)現(xiàn)。管理下載過程的主機(jī)也可以使用其他型號(hào)微處理器或者DSP芯片。

串行下載時(shí)數(shù)據(jù)塊傳輸?shù)母袷綖椋?/p>

通過串行下載實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸，ADμC812 QuickStart開發(fā)系統(tǒng)可以完成ADμC812片內(nèi)FLASH / EE程序存儲(chǔ)器的擦除、片內(nèi)FLASH/EE數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擦除、片內(nèi)FLASH/EE程序存儲(chǔ)器的編程、片內(nèi)FLASH/EE數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的編程和控制下載到片內(nèi)FLASH/EE程序存儲(chǔ)器的程序代碼的執(zhí)行。為簡(jiǎn)化FLASH/EE存儲(chǔ)器的串行編程過程，在ADμC812芯片中嵌入了一個(gè)下載/調(diào)試模塊。

3電路硬件設(shè)計(jì)

以ADμC812為核心在系統(tǒng)可編程數(shù)據(jù)采集電路原理圖如圖3所示。電路主要包括ADμC812與管理下載過程的PC機(jī)的串行通信電路、系統(tǒng)復(fù)位電路、A/D轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動(dòng)電路、D/A轉(zhuǎn)換器的緩沖電路和系統(tǒng)供電去耦電路。

ADμC812 QuickStart開發(fā)系統(tǒng)通過PC機(jī)的串行口（COM）、芯片的標(biāo)準(zhǔn)UART串行接口實(shí)現(xiàn)與ADμC812芯片通信。當(dāng)應(yīng)用PC機(jī)通過串行編程模式向 ADμC812芯片下載程序代碼時(shí)需要一個(gè)外部裝置完成TTL/CMOS電平到RS 232電平之間的轉(zhuǎn)換。AD公司的ADM202是一種雙通道RS 232驅(qū)動(dòng)/接收芯片，他的內(nèi)部有一個(gè)高效率的電荷泵，借助外部0.1 μF的電 容，如圖3所示ADM202外部連接的5個(gè)電容，該芯片僅用一個(gè)+5 V電源即可產(chǎn)生滿足RS 232 電平要求的輸出。

前面介紹了一種采用ADμC812單片機(jī)芯片設(shè)計(jì)的具有在系統(tǒng)可編程能力的數(shù)據(jù)采集電路。 該電路可以方便地在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，而且在設(shè)計(jì)調(diào)試階段不需要專用硬件開發(fā)設(shè) 備和編程設(shè)備的支持。有效地解決了系統(tǒng)的升級(jí)，尤其是移動(dòng)設(shè)備的系統(tǒng)開發(fā)和升級(jí)問題。

參考文獻(xiàn)
1］ ADμC812MicroConverter.○R,Multichannel12Bit ADC with Embed ded FLASH MCU. Technical Data Sheet.Analog Device Inc,2002 .
2］ ADM202/ADM203Highspeed,5V,0.1μFCMOSRS 232 Driver/Receiver Technical Data Sheet. Analog.Devices Inc, 2001.