带8051内核的系统级ADC芯片MSC1210介绍及应用 |
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MSC1210是德州仪器公司推出的系统级高精度ADC芯片系列,内置24位低功∑—ΔADC前端信号调理电路—多路模拟开关、缓冲器、PGA、电压参考,且集成了高性能8051处理器内核、Flash存储器和32位累加器、兼容SPI串口等多片上外设。对于要求何种小、集成度高、精度高的测量系统,MSC1210是理想的选择。 MSC1210的系统结构框图如图1所示。
1 MSC1210中高性能8051内核介绍 MSC1210系列芯片的所有指令与标准801兼容,相同各标志位、功能寄存器的功能也是一致的。但MSC1210在速度上有很大的提高:对于同样的外部时钟,指令执行速度提高1.5~3倍,这就使用户可以使用较低的外部时钟,以降低系统的哭声和功耗。此外,MSC1210相对8051单片机还新增了一些功能寄存器,以完成对外设的控制功能。如可编程看门狗定时器,对系统程序的运行进行监控,确保系统可靠运行。片上具有两个全双工的UART,使得在开发模式有一个串口被占用的情况下,仍有一个可留给用户使用。增加的带有FIFO的SPI接口和PWM,为特定应用提供了极大的方便。 MSC1210还提供了双数据指针,可以加速整块数据的移动。在访问外部数据存储器时,还可以使访问周期延展2~9个指令周期,以适应不同的外设速度。32位的累加器也可显著地减少系统开销。它可在几个指令周期内完成24位ADC结果的加法或移位操作,而同样的操作用软件完成则需要上百个指令周期。 MSC1210内部的时钟控制电路可以方便地设置不同的时钟信号。其秒、毫秒、微秒定时中断寄存器可以为系统定时控制提供方便,如设置内部Flash擦除时间、写入时间。MSC1210的所有I/O口都可以通过寄存器,配置成标准8051(上拉)、CMOS输出、漏极开路输出、输入四种方式中的一种。 2 MSC1210中存储器配置和使用 MSC1210的片内存储器包括:特殊功能豁口(SFR),Flash寄存器,Scratchpad RAM,Boot Rom和SRAM。MSC1210内置256字节的片内数据存储器和128字节的SFR,这与8051内核单片机是相同的;唯一的区别是MSC1210定义了更多的特殊功能寄存器。MSC1210的位地址空间也与8051相同,内部RAM中的20H~2FH以及SFR中以0或8结尾的字节,都是可位寻址的。 MSC1210中还有2KB的Boot Rom,用来控制串/并行编程时的操作。当Boot Rom使能时,其中的程序在用户模式下是可以访问的,这时,它的程序被定位在F800H~FFFFH;而在编程模式下,Boot Rom被定位在程序存储器开始的2KB中。Boot Rom中含有一些调试编程常用的程序,如: void autobaud(void);//设置波特率 char write_flash_chk(int fadd,char fdat,char fdm);//写Flash并校验 根据型号的不同,MSC1210系列有4KB到32KB的Flash存储器。此外,片内还提供1KB的SRAM作为数据存储器。它也是通过MOVX指令访问的。SRAM的地址可从0000H或8000H开始,而Flash数据存储器的地址紧接SRAM。 Flash存储器作为数据存储器使用前,首先要对硬件寄存器0(HCR0)的低3位进行设置,分配数据存储空间的大小。根据晶振频率,设置MSEC和USEC寄存器来提供Flash存储器的擦除和写时间。擦除和写入可以直接调用Boot Rom中的程序,编程示意代码如下: #include //头文件引用
#include #include“rom1210.h” #define PAGESTART 0x0400 //定义进行改写的页面 #define PAGESIZE 0x80 char xdata*Pflashpage;定义指向此页面的指针 char xdata buffer[PAGESIZE];//在XRAM里开辟缓冲区 int main() {char result;unsigned char i; autobaud();//调用BootRom中子程序,自动设置波特率,与计算机通信,返回调试信息 Pflashpage=(char xdata*)PAGESTART USEC=12-1;MSEC=12000-1; //以12MHz晶振为例,设置 ………… //毫秒、微秒寄存器 for(i=0;i buffer[i]=*Pflashpage++; buffer[0]+=1; //改变首字节值以重新写入 page_erase(PAGESTART,0XFF,DATA_FLASH);//擦除页面内容,BootRom内带程序 result=0; for(i=0;i result=result|write_flash_chk(pagestart+i,buffer[i],DATA_FLASH);//将修改后的数据写入,Boot Rom内带程序 3 高性能24位ADC及其应用 MSC1210内带8路24位模数转换器,自身可实现温度检测、输入源泉开路短路检测、增益和漂移校准等。内核中的32位累加器可实现24位结果的快速累加计算。 输入多路转换器将切换多路模拟输入信号到输入缓冲器。共有9路输入信号,其中1路为片内温度传感器信号,其余8路每路输入可设置单极性输入或差分输入,通过ADMUX寄存器可随意配置其输入信号的正确与负端。片内配置有模拟输入缓冲,当使用输入缓冲时,典型输入阻抗为10GΩ;当不使用模拟输入缓冲时,输入阻抗(单位为Ω)由时钟频率与增益决定:
PGA的增益可以设置为2 n(n=0~7)。通过PGA的使用,可以用效提高A/D转换结果的分辨率。如输入信号幅度为40mV,设置PGA=128,最小分辨率可达75nV。PGA的模拟输入可以通过设置ODAC寄存器进行偏置,最大偏置为输入范围的一半。 ADC的转换结果存储在ADRESH(高字节)、ADRESM(中字节)、ADRESL(低字节)中,配合总和寄存器和移位寄存器,可以方便地实现多次测量结果的累加和平均。总和寄存器是1个32位的值,被分为SUMR0(LSB)、SUMR1、SUMR2、SUMR3(MSB),可以进行最大256次测量结果的累加和平均。当然,要得到测量结果的平均值,应当使累加次数和平均次数一致。通过SSCON寄存器,可以设置成以下4种工作方式。 方式0:手动累加,每次测量完毕,将测量结果写入总和寄存器,完成累加。 方式1:ADC自动累加,根据SSCON中设置的累加次数,自动将测量结果累加到总和寄存器。 方式2:手动求平均值,将总和寄存器中的值除以次数,得到测量结果。 方式3:ADC自动累加后求平均,根据SSCON中设置的累加次数,自动完成测量结果的累加后求平均值。 下面的示意代码完成ADC高精度测量过程。单次测量结果可以通过直接读取ADRESH、ADRESM、ADRESL得到。 //设置ADC PDCON&=0x0f7; //打开转换器,系统时钟开启 ACLK=9; //设置ACLK频率 ADMUX=0x08; //选择第一通道正极性,AINCON负极性 ADCON0=0x30;//选择片内参考电压1.25V,关闭缓冲器,PGA=1 ADCON1=0x41;//单极性,滤波器自动模式,自校准 for(i=0;i |
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