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1、第9章 单片数据采集系统ADuC8xx系列芯片原理与应用 ADuC8xx是Analog Devices公司生产的单片数据采集系统，芯片内部集成了与8051兼容的8位MCU内核，多通道高速高精度12/16/24位ADC，12位电压输出DAC，具有8/62/64 KB（Bytes）片内闪速电擦除程序存储器，640B /4kB片内闪速电擦除数据存储器， 256 /2304B片内数据RAM，16 MB外部数据地址空间，64 KB外部程序地址空间，工作频率最高可达20MHz，3个16位定时器计数器，911个中断源，2个优先级，32条可编程的I/O线，具有MCU支持的看门狗定时器、电源监视器以及ADC D
2、MA功能，标准UART和SPI串行接口I/O，与I2C（400 kHz）兼容的2线串行I/O，以及PWM输出。在竞赛中，采用ADuC8xx构成的最小控制系统，可获得事半功倍的效果。本章介绍了ADuC812、ADuC814、ADuC816、ADuC824、ADuC831/ ADuC832、ADuC834 /ADuC836、ADuC845/ ADuC846 / ADuC847系列芯片的主要技术性能与特点、芯片封装与引脚功能、内部结构、工作原理和应用电路，以及外围扩展电路设计。9.1 8通道12位ADC/2个12位DAC单片数据采集系统ADuC8129.1.1 ADuC812的主要技术性能与特点的主
3、要技术性能与特点 ADuC812是Analog Devices公司生产的单片数据采集系统，芯片内包含有8通道200 kSPS 12位高精度ADC，2个12位电压输出DAC以及与8051兼容的8位MCU内核。具有温度系数为100 X 10-6的片内电压基准、温度传感器。具有8 KB（Bytes）片内闪速电擦除程序存储器，640 B片内闪速电擦除数据存储器， 256 B片内数据RAM，16 MB外部数据地址空间，64 KB外部程序地址空间。具有与8051兼容的MCU内核，工作频率为12 MHz（最高可达16 MHz），3个16位定时器计数器，9个中断源，2个优先级，32条可编程的I/O线，端口3具
4、有高电流驱动能力。具有MCU支持的看门狗定时器、电源监视器以及ADC DMA功能，标准UART和SPI串行接口I/O，与I2C（400 kHz）兼容的2线串行I/O。工作电源电压为3V和5V，具有正常、空闲和低功耗模式。温度范围为40 +85。9.1.2 ADuC812的内部结构的内部结构ADuC812的内部结构方框图如图所示。9.1.3 ADuC812引脚功能和封装形式引脚功能和封装形式ADuC812采用MQFP -52和 LFCSP -56封装，引脚封装形式如图所示，引脚端功能如下：（a）MQFP -52封装（b） LFCSP -56封装图9.1.2 ADuC812引脚封装形式DVDD为数
5、字电源电压正端，输入电压为3V或+5 V。AVDD为模拟电源电压正端，输入电压为3V或5V。AGND为模拟地。DGND为数字地。CREF 为片内基准电压的去耦引脚端，在此引脚端连接一个的电容到AGND。VREF 为基准电压输入输出。此引脚端通过串联电阻连接至内部基准电压，是模数转换器的基准电压源。内部基准电压为2.5 V。此引脚端也可由外部基准电压驱动。（A0A7）为端口0，是一个8位漏极开路双向I/O端口。写“1”到端口0，引脚浮置，为高阻抗输入状态。在访问外部程序存储器和数据存储器时，端口0作为多路复用的地址低8位和数据总线。为端口1，是一个8位输入端口。与其他端口不同，端口1默认状态为模
6、拟输入端口。配置端口1的任一个引脚端为数字输入，应写“0”到对应的端口位。端口1是一个多功能的端口，还具有以下功能：模数转换器输入（ADC0ADC7）、定时器计数器2输入（T2、T2EX），SPI接口的从设选择输入（）。ADC0ADC7为模数转换器的8个单端模拟输入端，利用ADCCON2 SFR进行通道选择。T2 为定时器2数字输入。输入到定时器计数器2。当定时器计数器2被使能时，在T2输入的“1”到“0”的跳变，使计数器2加1。T2EX为数字输入。计数器2的捕获重载触发端，输入用来控制计数器2进行/-计数。为SPI接口的从设选择输入。（A8A15）（A16A23）为端口2，是一个具有内部上拉
7、电阻的双向端口。写“1”到端口2，内部上拉到高电平，为输入状态。当被外部下拉到低电平时，端口2将提供电流。在访问外部24位外部数据存储器时，端口2发出24位外部数据存储器的中间地址（A8A15）和高端地址（A16A23）。为端口3，是一个具有内部上拉电阻的双向端口。写“1”到端口3，内部上拉到高电平，为输入状态。当被外部下拉到低电平时，端口3将提供电流。端口3是一个多功能的端口，还具有以下功能：RxD、TxD、 等T0为定时器计数器0输入。T1为定时器计数器1输入。 低电平有效，当外部转换启动功能被使能时，对于ADC模块，有效的低电平转换启动逻辑输入。在此引脚端输入信号从低电平跳变为高电平，将
8、把跟踪/保持进入其保持方式并启动转换。 为写控制信号，逻辑输出。把来自端口0的数据字节锁存到外部数据存储器。 为读控制信号，逻辑输出。使能外部数据存储器到端口0。SDATA为用户可选择为与兼容的I2C或SPI的数据输入输出引脚端。SCLOCK为兼容的I2C或者SPI的串行接口时钟引脚端。MOSI 为SPI主设输出从设输入数据I/O引脚端。MISO为SPI主设输入从设输出数据I/O引脚端。DAC0 为DAC0电压输出。DAC1 为DAC1电压输出。RESET为数字输入。当振荡器运行时，在此引脚端上，加上一个长达24个主时钟周期的高电平可使器件复位。在这个引脚端必须加上外部电源导通复位（POR）电
9、路。XTAL2为时钟振荡器的反相放大器输出。XTAL1输入到时钟振荡器的反相放大器和内部时钟发生器电路。 为外部程序存储器使能控制信号，逻辑输出。在外部取指操作期间内允许外部程序存储器数据送到总线。除了在外部数据存储器访问期间，它每6个时钟周期有效。在内部程序器执行期间，此引脚端保持高电平。当上电或者复位时，通过电阻下拉到低电平，也可用来使能串行下载模式。ALE 地址锁存使能，逻辑输出。在正常操作时，此输出信号用来锁存地址的低字节（和24位地址空间访问的页字节）到外部存储器。除了在外部数据存储器访问时，它每6个振荡周期有效。 为外部存储器访问使能，逻辑输入。当此引脚端保持为高电平时，使能器件从
10、地址为0000 H1FFFH的内部程序存储器获取指令代码。当此引脚端保持为低电平时，使能器件从外部程序存储器获取所有指令代码。9.1.4 ADuC812的应用电路的应用电路ADuC812的典型应用电路如图所示，图中ADM202是一个RS232接口芯片，ADM810是一个上电复位控制芯片。ADuC812的UART串行接口是全双工的，通过ADM202 RS232收发器连接到9线D型连接器上，可以直接与PC机连接。ADuC812具有8 KB（Bytes）片内闪速电擦除程序存储器和在线下载/调试/编程功能，利用Analog Devices公司提供的QuickStart开发系统（QuickStart D
11、evelopment System，），不需要任何硬件仿真器就可以进行应用系统的开发。 ADuC812采用与8051兼容的8位MCU内核，所有8051的应用程序都可以直接移植。在利用QuickStart开发系统进行调试和下载程序时，需要利用一个1k的电阻将引脚端下拉到低电平。对于已写入程序的应用系统，只需要断开连接在引脚端的下拉电阻，应用系统即可正常运行。 图9.1.3 ADuC812的典型应用电路9.5 8通道12位ADC/2个DAC64kB闪存单片数据采集系统ADuC831/ADuC8329.5.1 ADuC831/ ADuC832的主要技术性能与特点的主要技术性能与特点ADuC831/
12、ADuC832是Analog Devices公司生产的单片数据采集系统，芯片内包含有8通道247kSPS 12位ADC，2个12位电压输出DAC以及与8052兼容的8位MCU内核。具有64kB（Bytes）片内闪速电擦除程序存储器（ADuC832为62kB），4kB片内闪速电擦除数据存储器， 2304B片内数据RAM。具有与8052兼容的MCU内核，工作频率最高可达16MHz（ADuC831使用频率为116MHz外部晶振，ADuC832使用32kHz外部晶振，利用片内PLL电路产生MCU内核所需要的工作频率），3个16位定时器计数器，12个中断源，2个优先级，双数据指针，11位堆栈指针，32条
13、可编程的I/O线，2路16位PWM（脉宽调制输出）输出。具有MCU支持的看门狗定时器、片内电压基准、温度传感器、电源监视器以及ADC DMA功能，标准UART和SPI串行接口I/O，与I2C（400kHz）兼容的2线串行I/O。工作电源电压为3V和5V，具有正常、空闲和低功耗模式，低功耗模式电流消耗为20A。温度范围为40+125。ADuC841/ADuC842/ADuC843与ADuC812/ADuC831/ADuC832引脚封装兼容，采用与8052兼容的MCU内核，工作频率最高可达20MHz，具有8通道420kSPS 12位ADC，其它功能与ADuC831/ADuC832基本相同。9.5.
14、2 ADuC831/ ADuC832的内部结构的内部结构ADuC831/ADuC832的内部结构方框图如图所示，ADuC832内部具有PLL电路。图9.5.1 ADuC831/ ADuC832的内部结构方框图9.5.3 ADuC831/ ADuC832引脚功能和封装形式引脚功能和封装形式ADuC831/ADuC832采用PQFP-52和CSP-56封装，引脚封装形式如图所示，引脚端PWMC为PWM时钟输入。引脚端PWM0为PWM0电压输出，PWM输出能够被配置使用引脚端，。引脚端PWM1为PWM1电压输出 ，更多的信息见CFG831寄存器。其它引脚端功能见ADuC812部分。（a）PQFP -
15、52封装（b） CSP -56封装图9.5.2 ADuC831引脚封装形式9.5.4 ADuC831/ADuC832的应用电路的应用电路ADuC831/ADuC832的典型应用电路如图所示，图中ADM202是一个RS232接口芯片，ADM810是一个上电复位控制芯片。ADuC831/ADuC832的UART串行接口是全双工的，通过ADM202 RS232收发器连接到9线D型连接器上，可以直接与PC机连接。ADuC831/ADuC832具有64kB/62kB（Bytes）片内闪速电擦除程序存储器和在线下载/调试/编程功能，利用Analog Devices公司提供的QuickStart开发系统（Q
16、uickStart Development System，），不需要任何硬件仿真器就可以进行应用系统的开发。ADuC831/ADuC832采用与8052兼容的8位MCU内核，所有8052的应用程序都可以直接移植。在利用QuickStart开发系统进行调试和下载程序时，需要利用一个1k的电阻将引脚端 下拉到低电平。对于已写入程序的应用系统，只需要断开连接在引脚端 的下拉电阻，应用系统即可正常运行。ADuC831 ADuC832图9.5.3 ADuC831/ ADuC832的典型应用电路9.7 10通道24位/16位ADC/12位DAC 62kB闪存单片数据采集系统ADuC845/ADuC847/
17、ADuC8489.7.1 ADuC845/ ADuC847/ ADuC848的主要技术性能与的主要技术性能与特点特点 ADuC845/ADuC847/ADuC848是Analog Devices公司生产的单片数据采集系统，芯片内包含有10通道一24位/16位ADC（ADuC845有2个独立的24位ADC，ADuC847有1个24位ADC，ADuC848有1个16位ADC），漂移为10nV/，增益漂移为 0.5ppm/，可编程增益放大器（PGA）、1个12位电压输出DAC以及与8052兼容的8位MCU内核。具有62KB（Bytes）片内闪速电擦除程序存储器，4kB片内闪速电擦除数据存储器，230
18、4B片内数据RAM。 具有与8052兼容的MCU内核，采用外部32kHz的晶振工作，利用片内可编程锁相环（PLL）提供内部MCU所需的工作频率，工作频率最高可达，3个16位定时器计数器，11个中断源，2个优先级，双数据指针，11位堆栈指针，24条可编程的I/O线，2路16位PWM（脉宽调制输出）输出。具有MCU支持的看门狗定时器、温度传感器（仅ADuC845有）、电源监视器，标准UART和SPI串行接口I/O，与I2C兼容的2线串行I/O。工作电源电压为3V和5V，电流消耗为（电源电压），低功耗模式电流消耗为20 A。温度范围为40+125。9.7.2 ADuC845/ ADuC847/ AD
19、uC848的内部结构的内部结构ADuC845/ADuC847/ADuC848的内部结构方框图如图所示，ADuC845有2个独立的 24位ADC，ADuC847有1个24位ADC，ADuC848有1个16位ADC。图9.7.1 ADuC845/ ADuC847/ ADuC848的内部结构方框图9.7.3 ADuC845/ ADuC847/ ADuC848引脚功能和封装形引脚功能和封装形式式ADuC845/ADuC847/ADuC848采用MQFP-52和LFCSP-56封装，引脚封装形式如图所示，各引脚端符号如图中所示。引脚端功能见ADuC812、ADuC816、ADuC831部分。（a）MQF
20、P-52封装（b）LFCSP-56封装图9.7.2 ADuC845/ ADuC847/ ADuC848引脚封装形式9.7.4 ADuC845/ ADuC847/ ADuC848的应用电路的应用电路ADuC845/ADuC847/ADuC848的应用电路例如图所示，图中ADM3202是一个RS232接口芯片，ADuC845/ADuC847/ADuC848的UART串行接口是全双工的，通过ADM202 RS232收发器连接到9线D型连接器上，可以直接与PC机连接。ADuC845/ADuC847/ADuC848具有62KB（Bytes）片内闪速电擦除程序存储器和在线下载/调试/编程功能，利用Anal
21、og Devices公司提供的QuickStart开发系统（QuickStart Development System，），不需要任何硬件仿真器就可以进行应用系统的开发。ADuC845/ ADuC847/ ADuC848采用与8052兼容的8位MCU内核，所有8052的应用程序都可以直接移植。在利用QuickStart开发系统进行调试和下载程序时，需要将利用一个1k的电阻将 引脚端下拉到低电平。对于已写入程序的应用系统，只需要断开连接在 引脚端的下拉电阻，应用系统即可正常运行。图9.7.3 ADuC845/ ADuC847/ ADuC848的典型应用电路9.8 单片数据采集系统单片数据采集系统
22、ADuC8xx系列芯片外围扩展电路系列芯片外围扩展电路9.8.1 ADuC8xx电源电路电源电路单片数据采集系统ADuC8xx系列芯片的电源电路如图所示，图（a）为双电源供电电路，图（b）为单电源供电电路。（a）双电源供电电路（b）单电源供电电路图9.8.1 单片数据采集系统ADuC8xx电源供电电路9.8.2 外部存储器扩展电路外部存储器扩展电路单片数据采集系统ADuC8xx外部存储器扩展电路如图所示，图（a）为64kB程序存储器扩展电路，图（b）为64kB数据存储器扩展电路，图（c）为16MB数据存储器扩展电路，图（a） 64kB程序存储器扩展电路图（b） 64kB数据存储器扩展电路图（c
23、） 16MB数据存储器扩展电路图9.8.2 单片数据采集系统ADuC8xx外部存储器扩展电路9.8.3 ADuC8xx单主设多从设连接形式单主设多从设连接形式利用ADuC8xx的I2C总线，可以方便的实现ADuC8xx单主设多从设连接，电路方框图如图所示。图9.8.3 ADuC8xx单主设多从设连接电路方框图9.8.4 ADuC8xx的的4线线UART到到PC机的接口电路机的接口电路ADuC8xx的4线UART到PC机的接口电路如图所示，利用1片ADM202实现RS232接口。图9.8.4 ADuC8xx的 4线UART到PC机的接口电路9.8.5 ADuC8xx的的XY矩阵键盘电路矩阵键盘电路ADuC8xx的XY矩阵键盘电路如图所示，图（a）为查询方式，图（b）为中断方式，中断触发电路真值表如表表所示。 （a）查询方式（b）中断方式图9.8.5 ADuC8xx的XY矩阵键盘电路9.8.6 ADuC8xx与与HD44780字符字符LCD显示器接口电路显示器接口电路ADuC8xx与HD44780字符LCD显示器接口电路如图所示。ADuC8xx图9.8.6 ADuC8xx与HD44780字符LCD显示器接口电路
