帶24位A/D轉(zhuǎn)換的51單片機(jī)MSC1210及其應(yīng)用

無(wú)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(lái)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(cè)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。

           圖一 MSC1210的詳細(xì)框圖

MSC1210特性介紹

模擬特性：

24位無(wú)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，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)器可分區(qū)為程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)器可在系統(tǒng)串行編程，可加密，達(dá)1M次擦寫(xiě)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(mén)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(cè)；

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(guò)控制位來(lái)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(guò)CPU的取指令操作自動(dòng)訪問(wèn)、以及用 MOVC 指令進(jìn)行表格查詢(xún)時(shí)用戶(hù)訪問(wèn)。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(xiě)。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F(xiàn)LASH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。

舉例說(shuō)明：（使用MSC1210Y5）
MOV HCR0，#02H ；劃分32K FLASH中的各16K 為程序空間與數(shù)據(jù)空間。
……
MOV DPTR，#400H ；400H為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的第一字節(jié)
MOVX @DPTR,ADRESH ；保存轉(zhuǎn)換結(jié)果的高字節(jié)到400H單元
INC DPTR ；401H為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的第二字節(jié)
MOVX @DPTR,ADRESM ；保存轉(zhuǎn)換結(jié)果的中間字節(jié)到401H單元
INC DPTR ；402H為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的第三字節(jié)
MOVX @DPTR,ADRESL ；保存轉(zhuǎn)換結(jié)果的低字節(jié)到402H單元
……

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(jiàn)表三）；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的起始地址由0400H開(kāi)始，不是0000H，結(jié)束地址由劃分的尺寸決定（見(jiàn)表三）。在使用時(shí)，要注意數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)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：

將表四與表五結(jié)合起來(lái)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。可見(jiàn)可編程增益放大器在改善轉(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。

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。
void main(void)
{
PDCON &= 0x0f7; //打開(kāi)轉(zhuǎn)換器
ACLK = 30; // 設(shè)置ACLK頻率
ADCON0=0x30; //選擇片內(nèi)參考電壓
ADMUX=0x1; //選擇第一通道正極性
while(1)
{
disbuffer[7] = (ADRESH>>4)&0XF; //使用6只數(shù)碼管十六進(jìn)制顯示轉(zhuǎn)換結(jié)果
disbuffer[6]=ADRESH&0XF;
disbuffer[5] = (ADRESM>>4)&0XF;
disbuffer[4]=ADRESM&0XF;
disbuffer[3] = (ADRESL>>4)&0XF;
disbuffer[2]=ADRESL&0XF;
disp();
}
}

總結(jié)

通過(guò)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。