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1、ADuC812评估板的开发 第一章ADC812评估板的总体设计一、前言ADuC812 是美国Analog Devices 公司投入市场的第一种微转换器产品, 他集成了一个完全可编程的、自校准、高精度的模拟数据采集系统。他小得可以放置在一个传感器、转发器或电缆连接器之内。他的成本极低, 因此可以取代建立在单片机基础上的高成本、大体积的产品。由于其高精度和高速度, 他适用于智能传感、瞬时获取、数据采集和各种通信系统。此外,与分立式的AD 转换和微控制器相比, 他的效率更高。因为后者要求CPU 用更多的精力控制数据转换, 而他获取数据只需简单地从寄存器中读取。这样就减轻了程序设计的负担, 极大地提高
2、了开发效率。这种崭新的微转换器和它先进的混合信号处理的IC 工艺, 显著地提高了数据采集系统的性能并大幅度地减少了开发时间和成本。其高性能和高精度转换技术, 能更灵活地对芯片编程, 能更方便地处理大量的数据采集问题, 其低廉的价格更富有竞争力。在我们开发的评估板中, 以ADuC812 为CPU 完成数据采集、A/D转换、串口程序下载、按键与液晶显示等功能。与以往的80C51单片机及其他类型单片机不同，ADuC812具有在线调试和下载功能。通过设计一个接口电路来实现PC机与ADuC812的串行接口电路进行通信,利用从网络上免费下载的支持ADuC812的开发工具包QuickStart开发系统就可实
3、现这一功能。 二、本设计题目思路采用AD 公司的ADuC812 作为控制单元, 该芯片带有8 路模拟量输入, 2 路模拟量输出, 12 位高速AD 转换, 内置有看门狗和16 位定时器电路; 另外,我们外部扩展了32k 程序空间和64k 数据空间, 采用点阵式液晶显示各种汉字提示信息, 并配有操作键盘和状态与告警指示灯, 系统的通信接口采用标准的RS232 接口。如果需要现场总线或其它接口可选配。具体设计框图如图1-1 所示。图1-1 设计框图ADuC812 最多能外接16MB 的外部数据存储器和64KB 的外部程序存储器。外部程序存储器用一片E2PROM27256 实现。对于外部数据存储器,
4、 除选用了一片32K常规RAM 62256 之外, 还选用了一片带时钟的掉电自保护RAM DS1644 , 它除了能提供年、月、日、星期、时、分、秒等实时时钟信息外, 还可在系统掉电时保存各种数据参数。标准232 接口采用MAX232 实现控制器内部与通信线路之间的电平转换与隔离。液晶LCD 显示模块包括点阵液晶显示控制器T6963C 及液晶显示屏MGLS 240128T , 可显示数字、字符、汉字及图形。 第二章 ADC812评估板的硬件设计一、ADC812单片机介绍 （一）、概述ADuC812 是一个完整的12 位数据采集系统, 其功能方框图如图2-1所示。它将高性能、自校准、多通道的模/
5、 数转换器(ADC) 、双数/ 模转换器(DAC) 和8 位可编程微控制器(与8051 指令系统兼容) 集成在一个芯片上。该芯片还带有加密功能的8k 字节快擦除程序存储器、640 字节快擦除用户存储器及256 字节RAM 。片内微控制器具有支持看门狗定时器、电源监控和ADC 的DMA功能。24 条可编程输入/ 输出线、8 条单输入线、I2C 兼容口、SPI 和标准的异步串行(UART) 输入/ 输出口可满足多处理器通讯和扩展输入/ 输出的需要。控制转换器的静态CPU 标准、等待和掉电模式等特性, 可用于低功耗的应用场合, 该芯片采用52 脚扁平四方形塑封(DQFP) 。ADuC812 区别于5
6、1 系列单片机的一个显著特征就是能加载程序代码给片内在线可编程闪速/电擦除程序存储器。这种在线代码加载利用UART 串行口实现。串行加载允许用户对在线连接的目标系统重新编程, 因而不必使用其他的外部编程器。我们利用QuickStart 开发系统工具, 就可以通过串口从上位机直接把程序代码写入ADuC812 的程序存储器中, 实现在系统编程, 加快开发进程。 图2-1 ADuC812的功能方框图（二）、ADuC812 的功能特点模拟输入/ 输出8 通道,真12 位模数转换器(ADC)自校验200kHz 高速采样片内DMA 控制器可用于自动采集双12 位电压输出型数/ 模转换器（DAC)片内带有温
7、度传感器存储器8k 字节片内程序快擦除存储器640 字节片内数据快擦除存储器256 字节片内数据RAM64k 字节外部程序可寻址空间16M 字节外部数据可寻址空间以8051 为基础的内核与8051 兼容的指令系统12MHz 额定操作3 个16 位定时/ 计数器24 条可编程输入/ 输出线8 条可编程输入线9 个中断源,2 个优先级电源可用3V 和5V 电压工作标准,等待和掉电三种工作模式外围结构通用异步串行(UART) 输入/ 输出口双线(与I2C 兼容) 和SPI 串行接口看门狗定时器和电源监控功能。（三）、管脚说明ADuC812采用S52封装，如图2-2所示。它的大部分管脚和8051相应管
8、脚功能相同，几个主要管脚功能如下：P1口：和8051的P1口功能不同，它只能作为模拟或数字信号的输入口，而不能作为输出口，缺省状态为8路模拟信号输入端，要使它们中的某位变为数字信号输入脚，应向P1口对应的特殊功能寄存器的相应位写入“0“信号，如果该特殊功能寄存器的相应位为“1”，则该位对应的管脚为模拟信号输入脚；DAC0、DAC1：为两路DA转换器的模拟信号输出脚；SS、SCLK、MOSI、MISO：为串行设备接口（SPI）。SS为SPI接口的从属设备选择，在多机通信中使用，SCLK为SPI接口时钟，MOSI以及MISO为输入输出数据线；D0、D1：和SPI接口复用的数字输出脚，通过DCON特
9、殊功能寄存器控制从D0或D1脚输出数字信号； T2：定时器2数字信号输入脚；T2EX：数字输入脚，读取定时器2的计数器或重装该计数器的触发脚，负跳变时有效。其它脚的功能和8051相应脚的功能相同图2-2 ADuC812引脚封装图二、A/D转换的实现与控制AD转换器的种类很多，不同的应用场合对其要求不同，有的要求高转换速率，有的要求有高精度，还有的用于便携式仪表中，需要低功耗等等。用于数据采集板的AD转换器，一般是和计算机或微处理器结合在一起使用。随着单片机在各种智能仪器仪表中的广泛应用，出现了一些将AD转换器和单片机内核集成在一块芯片上的数据采集芯片，ADuC812就是这样一种芯片。（一）AD
10、C电路ADC 模块包含了一个快速、多路、12 位单电源的A/ D 转换器。该模块除具有模数转换功能外,还具有多路传输、采样/ 保持、片内基准电压、自校验特性。可通过读写相关的特殊功能寄存器进行管理。（二）ADC转移函数 ADC的模拟输入范围是0V至VREF。在此范围内，设计的代码跳变发生在连续的整数LSB值的中间(即LSB，LSB，LSB，FS-LSB)。当VREF2.5V时，输出码是直接的二进制数，1LSBFS/4096或2.5V/40960.61mV。在0至VREF范围内理想的输入/输出转移特性如图2-3所示。 图2-3 输入/输出转移特性（三）内部基准电源ADuC812 中集成的A/ D
11、 转换器包含了8 通道12位单电源ADC , 由基于电容DAC 的常规逐次逼近转换器组成。转换器接收的模拟输入为0VREF引脚电压。ADC 的2.5V 基准电源既可由片内提供, 也可由外部基准经VREF引脚提供。由于片内基准高精度、低漂移(40 10 - 6 )、并经过校准, 因此本系统采用内部2.5 V 电压基准。若使用内部基准，则在V REF和CREF引脚与AGND之间都应当连接0.1uF电容以便去耦。这些去耦电容应放在紧靠V REF和CREF引脚处。图2-4示出了把片内基准用到微转换器之外时的应用电路。在实际应用中应当特别注意，内部VREF 将保持掉电直到ADC或DAC外围设备模块之一被
12、它们各自的使能位上电为止。三、评估板的存储器设计（一）程序存储器程序存储器分为片内程序存储器和片外程序存储器，片内含有8K字节的FLASH可编程程序存储器，可满足大部分数据采集系统的设计要求，该段程序存储器可以用两种方式写入，一种是通过标准的UART串行接口进行串行下载写入，当PSEN管脚通过外部电阻接地时，在上电后自动进入串行下载模式，通过串行口自动从外部开发系统中下载程序；第二种方式和E2PROM的编程方式相同，通过编程器进行并行写入。（二）数据存储器ADuC812的用户数据存储器包含三部分，片内640字节的FLASH数据存储器、256字节的RAM以及片外可扩展到16M字节的数据存储器，其
13、中640字节的数据存储器被分成160页，每页4字节，通过6个特殊功能寄存器来进行存取，即通过ECON、EADRL以及EDATA14来存取，EADRL寄存器指定要进行数据存取的页地址，ECON控制寄存器可控制EDATA14寄存器和EADRL指定的页内4个存储器之间进行数据交换，而ECON还可控制FLASH数据存储器的擦除、校验等操作，它的控制模式如表1所示。外部数据存储器的寻址范围为000000H0FFFFFFH，共有16M字节地址空间，低16位地址线的连接和8051单片机系统中的外部数据存储器的地址连接方式相同，高8位的连接方式是复用P2口，利用ALE地址锁存信号在锁存P0口的低8位地址信号的
14、同时锁存高8位地址信号，来实现16M字节地址空间的寻址。它的数据指针和8051单片机不同，是由3个8位寄存器组成，即DPP（页字节）、DPH（高位字节）、DPL（低位字节）。（三）评估板的存储器扩展如其他与8051兼容的单片机一样，ADuC812的程序存储器与数据存储器具有分开的地址空间。它具有64kB的程序存储空间和16MB的数据存储空间。本评估板扩展了32kB的外部程序空间和64kB的外部数据空间。在64kB的数据空间中，分出128B(FF80HFFFFH)给扩展端口使用。 评估板的32kB外部程序存储空间由一片27256实现。通过把EA引脚接到高电平或低电平，可以选择开始执行程序的程序空
15、间，即选择内部程序存储器或外部程序存储器。当EA被拉至高电平时，程序从内部的8kB flash存储器中地址为00H的地方开始执行；当EA被拉至低电平时，程序从外部27256中00H的地方开始执行。无论哪种情况，高于1FFFH(8kB)的地址都映射在27256中。利用ADuC812片内的这8kB flash，可以把程序分成小于8kB的模块下载到片内分别运行调试，这时EA接至高电平；所有模块调试成功后，再将整个程序写入到27256中，并将EA接至低电平，使ADuC812从27256中运行程序。 评估板的数据存储器有64kB，分别由一片非易失性SRAM DS1644(0000H7FFFH)和一片常规RAM62256(8000HFF7FH)实现，测控器并带有相应的地址数据锁存器和译码器，由74LS573等器件实现。 四、串行程序下载（一）MAX232芯片介绍MAX 232是异步串行通讯中应用最广泛的标准总线，它包括了按位串行传输的电气和机械方面的规定。使用于数据终端设备和数据通讯设备之间的接口。RS-232标准是广泛使用的串行通信标准，但使用的电平与TTL和MOS电平完全不
