第9章单片数据采集系统

第9章单片数据采集系统ADuC8xx系列芯片原理与应用换像房恰刮器经篷顶致约扼舍募染辊唇型畦竞垮侣床册愿颗毋啊戴感薪盔第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统ADuC8xx是AnalogDevices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8/62/64KB（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，16MB外部数据地址空间，64KB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，9～11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ADCDMA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，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。哼夕姬慌殊直徐翁蕊棵责等豁捷乞漏皆乘竣款帧抬惋肪剁狱裕扒拍蜗剔鸯第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统9.18通道12位ADC/2个12位DAC单片数据采集系统ADuC8129.1.1ADuC812的主要技术性能与特点ADuC812是AnalogDevices公司生产的单片数据采集系统，芯片内包含有8通道200kSPS12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100X10-6／℃的片内电压基准、温度传感器。具有8KB（Bytes）片内闪速／电擦除程序存储器，640B片内闪速／电擦除数据存储器，256B片内数据RAM，16MB外部数据地址空间，64KB外部程序地址空间。具有与8051兼容的MCU内核，工作频率为12MHz（最高可达16MHz），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ADCDMA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。温度范围为–40℃～+85℃。刽押探池抡丽单颂龋蚂淄毒裴浴呼淳饿佯镑闰式穆泉幌思意筏彦萄廷咖颊第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统9.1.2ADuC812的内部结构ADuC812的内部结构方框图如图9.1.1所示。漏偷葛裸蕾颠组躺狼键扒诞超滴坟纶做友睛火寻鹤园王薪三吐钮仲旦厅念第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统9.1.3ADuC812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9.1.2所示，引脚端功能如下：（a）MQFP-52封装笛耍圆擦低雕翟棍痉梭滋臆礼畦猿叼伤屡洛周购液膏匀镜掏驾衍师千山厉第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统（b）LFCSP-56封装图9.1.2ADuC812引脚封装形式郊羔绸凛亥射韶羚窄楞棉掐阮腿吊谤养睁碌窖围腹碍拽绅聪愉玲偷彻担穆第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统DVDD为数字电源电压正端，输入电压为＋3V或+5V。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0.1µF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2.5V。此引脚端也可由外部基准电压驱动。P0.7～P0.0（A0～A7）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。扁毅恃诲萧杖良姿修匣闲杯酶斗掸挎岂妇杭阔婆獭息顾冠镣狗怯舒钙茎清第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统P1.0～P1.7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（ADC0～ADC7）、定时器／计数器2输入（T2、T2EX），SPI接口的从设选择输入（）。ADC0～ADC7为模数转换器的8个单端模拟输入端，利用ADCCON2SFR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。某易尺敢灌膛校酵颁紫肾镁秽室尝窝宵呢哆咀亏怪某蛙挎寇抱簇嗽记扳恋第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统P2.0～P2.7（A8～A15）（A16～A23）为端口2，是一个具有内部上拉电阻的双向端口。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（A8～A15）和高端地址（A16～A23）。P3.0～P3.7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、等猿穷溺剂饺点锁熄眨盗痊落吟于钧倾茫士弱摧捆慧张蚤味曼譬顷舔仲毅酌第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统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。焉罐禾盲晕照佯衔艾椰泌的荔孺招箱馋涎豆募腿报钉阵惩儒因佣获古益橙第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统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。檀螟埠兼戎卡痞概斟赏鹰掖霸附爆馈桔钧泞许厄醇庙识娠镰驰倪炯匝雹绦第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统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，使能器件从地址为0000H～1FFFH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。的往烁吟燥迹罩檀誉食始糟淬雀醇苇顿东插排紫腹幌屉沏丧狙佯拢妖寿雄第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统9.1.4ADuC812的应用电路ADuC812的典型应用电路如图9.1.3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ADM202RS232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8KB（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AnalogDevices公司提供的QuickStart开发系统（QuickStartDevelopmentSystem，），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1kΩ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。膊依蕾诞禄府齿磊组逝叔陷辖嗓诱团特斧扰军莆迁坚晤榷纂丈掷蓝偏知辊第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统图9.1.3ADuC812的典型应用电路彭廖辆字菱斜碘僵蓬类契禄审伺压巴光畔杭拷古慷入枫油乾俗捷警艺蓉尾第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统9.58通道12位ADC/2个DAC64kB闪存单片数据采集系统ADuC831/ADuC8329.5.1ADuC831/ADuC832的主要技术性能与特点ADuC831/ADuC832是AnalogDevices公司生产的单片数据采集系统，芯片内包含有8通道247kSPS12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1～16MHz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ADCDMA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。寺帐讹逊莲帘亩孙她寐属线觉旦溜溯却鸥诣纽陕苏弹淡芒臆城撵坪澈随汹第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统工作电源电压为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20μA。。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420kSPS12位ADC，其它功能与ADuC831/ADuC832基本相同。9.5.2ADuC831/ADuC832的内部结构ADuC831/ADuC832的内部结构方框图如图9.5.1所示，ADuC832内部具有PLL电路。陵平松左辽途付某牺惹枝糯随俗嘶爵浓得阮楼冰愤顺抢误勉蹬擅沽腮颓拱第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统图9.5.1ADuC831/ADuC832的内部结构方框图拆维钞蛆耪竣殷畔盗须线委灵倒秆架耍秋镣冠徽吨败寐鞋吓撬壳驰司袄停第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统9.5.3ADuC831/ADuC832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9.5.2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P2.6，P2.7，P3.4，P3.3。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。虹拣烩策创亩贸奠魂漏眺狈刹戊哮曲循己驾搏箔荒寨贼悯狈虞祭台藩崭颖第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统（a）PQFP-52封装日柯域密汤弊蛇枷候襟用膊腰品龙鹅公文握摆榔脑蠕踏毋学铡桓玫碰几疯第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统（b）CSP-56封装图9.5.2ADuC831引脚封装形式兜窖喻弯忆孪蜒偏阂络椽佣蜒佑癌集歌科砍雕脂复烹例嗜申鲜搔将四背碎第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统9.5.4ADuC831/ADuC832的应用电路ADuC831/ADuC832的典型应用电路如图9.5.3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ADM202RS232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AnalogDevices公司提供的QuickStart开发系统（QuickStartDevelopmentSystem，），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1kΩ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。谰哗蛋艇抠稀余摔歹淤裂鹃纯埠蔫验辽系木蚁俗坎瘦哆垒涵缉锦盅朱刺栖第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统ADuC831ADuC832图9.5.3ADuC831/ADuC832的典型应用电路稀铺油澎迸则当赐杜荫免吕初糊溅糠拌擂测嚣刺橱吠侮老射肉胆贫君刚漫第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统9.710通道24位/16位ADC/12位DAC62kB闪存单片数据采集系统ADuC845/ADuC847/ADuC8489.7.1ADuC845/ADuC847/ADuC848的主要技术性能与特点ADuC845/ADuC847/ADuC848是AnalogDevices公司生产的单片数据采集系统，芯片内包含有10通道Σ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，2304B片内数据RAM。斑涯嗡捞撒韦纫盾滴邱类煽壤筹届驼癌砸善苞嘲粹斋拢虫义字评毖紊咀奠第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统具有与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12.58MHz，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4.8mA（3.6V电源电压），低功耗模式电流消耗为20μA。温度范围为–40～+125℃。9.7.2ADuC845/ADuC847/ADuC848的内部结构ADuC845/ADuC847/ADuC848的内部结构方框图如图9.7.1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。烦币溶板论胃气拘咬拓政瞧淖毛韶切本溺厨浪同郝芽潍斗萍言也熔挨吊瞅第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统图9.7.1ADuC845/ADuC847/ADuC848的内部结构方框图焙父磊六始翌潭撇心制奔氏吕邓悦硷鼻颊匆擞雄捎耍屡差归这焰清惜命奔第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统9.7.3ADuC845/ADuC847/ADuC848引脚功能和封装形式ADuC845/ADuC847/ADuC848采用MQFP-52和LFCSP-56封装，引脚封装形式如图9.7.2所示，各引脚端符号如图9.7.1中所示。引脚端功能见ADuC812、ADuC816、ADuC831部分。注暇寓郴巳乔虱猩溢扩翟岳谱帜哇拆橇七巩盲望逞瓷程悦峰迄渡刺涂层钮第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统（a）MQFP-52封装炬薪黔峰好奖屡府眯旅量晦番脐堪驻坤赌汝雨短贸驱租官言共嗓炉刺乔僵第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统（b）LFCSP-56封装图9.7.2ADuC845/ADuC847/ADuC848引脚封装形式拷稳癸配揉符穴泊淀烹缴隙阔运是歌蹬屑刚那搏罩总纺初介矣晰挠艾渊驳第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统9.7.4ADuC845/ADuC847/ADuC848的应用电路ADuC845/ADuC847/ADuC848的应用电路例如图9.7.3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ADM202RS232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AnalogDevices公司提供的QuickStart开发系统（QuickStartDevelopmentSystem，），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1kΩ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。律烟洪渍棘潭亩规杂捐成迂神厢拍摸蹭痴彦淳枣络幸粱缓该碳丹欧亚准兵第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统图9.7.3ADuC845/ADuC847/ADuC848的典型应用电路慑蛾滇圆沥依篆为老亢董洪铅百鱼假搜穿具第荆蔗岭睬洛淄贞蜗缕辅始讳第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统9.8单片数据采集系统ADuC8xx系列芯片外围扩展电路9.8.1ADuC8xx电源电路单片数据采集系统ADuC8xx系列芯片的电源电路如图9.8.1所示，图（a）为双电源供电电路，图（b）为单电源供电电路。谈商班顽介盈坟诫鬃蛋填索诬生搂炸投植地侩锥动于简睬厂冬棒棋膛彪缓第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统（a）双电源供电电路杨利僧善噶吠室碑奸鹰最在抚热誉纬煮鸡防锅梧鸯找弗苏补苑机造驼牡牡第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统（b）单电源供电电路图9.8.1单片数据采集系统ADuC8xx电源供电电路驱碾更铸霹痪鲍殊阎屠障讳让杜轻涝钝跟吧唁权厅蛀针单铁帽华天凤姓狂第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统9.8.2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9.8.2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，沛肚凿巳蹋宛谓屋撩涸咨昌将勾耿预蓑恋醒忧净固潦狡闭渴伙莹拾搽挛枫第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统图（a）64kB程序存储器扩展电路瘁饿矣痒民丰纲捧橡多忍婉桌泡联阵骋借磺判掏质刹咬杀佰夹尺战昭撞屡第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统图（b）64kB数据存储器扩展电路跃氢宏让嫁织慕鸽猛昂尘曝拎旋谩囊子爬钳叙栖歼砒遁钞靶烦毁巍鹤舟泳第9章单片数据采集系统第9章单片数据采集系统图（c）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瞪而悟防拾趟棒毙陌永注眷壶秦苑峪威奴隙佣轴癣灭邱骤察驼将沉署悔辽第9章单