一种新型51内核单片机MSC1210及其应用

实际应用系统往往需要进行高精度的测量，同时还必须进行实时快速控制，提高其开发效率。为此人们常采用高精度A/D芯片加带ISP开发功能的单片机系统来实现。德州仪器（TI）的MSC1210单片机解决了上述问题。它集成了一个增强型8051内核、高达33 MHz的时钟周期、8路24位高精度∑-△A/D转换器、Flash存储器等，其系统功能和结构框图如图1所示。

　　MSC1210具有以下主要特性：

　　◇ 3个16位的定时器，16位PWM波输出；

　　◇ 多达21个中断源；

　　◇ 32个数字输入/输出端口，带有看门狗；

　　◇ 8路ADC提供24位分辨率可编程的无丢失码解决方案;

　　◇ 可编程增益放大（PGA）在1～128之间可调，极大提高了ADC精度；

　　◇ 供电电源2.7~5.25 V，在3 V时功耗低于4 mW，停止方式电流小于1μA；

　　◇ 内核兼容8051，指令与8051完全兼容，可以使用原有8051开发系统；

　　◇ 时钟频率可达33 MHz，单周期指令执行速度达8 MIPS，执行速度比标准8051快3倍；

　　◇ 高达32 KB的Flash存储器，SRAM达1.2 KB，外部可扩展至64 KB存储器；

　　◇ Flash在电压低达2.7 V时仍可串行或并行编程，可10万次擦除/写操作；

　　◇ 具有32位累加器；

　　◇ 有电源管理功能，能够进行低电压检测，在片上电复位；

　　◇ 带FIFO的SPI端口，双UART；

　　◇ 64TQFP封装，MSC1210系列的硬件和引脚完全兼容，必要时可以互换。


1 内核兼容8051但速度更快功能更强

　　MSC1210系列的所有指令功能与标准8051相同，对位、标志和寄存器的影响相同，但时序不同。MSC120单片机使用精简的8051内核，在同样的外部时钟作用下，其执行速度比标准8051快1.5~3倍(每条指令有4个时钟周期与12个时钟周期的区别)。在同样的指令和时钟下，速度提高到2.5倍以上。因此，一个时钟为33 MHz的MSC1210执行速度与一个时钟为82.5 MHz的标准8051相同，其区别可以从图2看出；而且MSC1210的定时器和计数器可以选择每12个或4个时钟周期计数一次。

　　MSC1210提供了双数据指针(DPTR)加速数据块的移动速度，它能根据外部存储器的速度调节读写速度，在2～9个指令周期之间变化；它还提供给外部存储器16位地址总线(P0和P2)。低位地址通过P0口复用得到，硬件可以控制P0和P2口是作为地址线还是作为通用的I/O。

　　为了更好地提高效率，外围设备也在8051基础上作了改进。如SPI端口就增加了FIFO，使得传输数据有了缓冲区间。32位累加器的使用在处理ADC采样或其它数据源来的多字节数据时将大大减轻CPU的负担，使得24位加法和移位可以在几个指令周期内完成，而无需通过软件用数百个指令周期来完成。

　　MSC1210系列的硬件和引脚完全兼容，对用户而言，唯一的区别在于内存配置不同。MSC1210Y2上编写的程序代码可以直接在MSC1210Y3、MSC1210Y4、MSC1210Y5上执行。用户可以在软件功能上增减并配以不同的CPU型号，MSC1210已成为一个拥有几个不同应用平台的标准设备。

MSC1210的开发工具与8051的开发系统完全兼容，用户可以使用原有的8051开发系统，也可以使用DEMO板带的开发系统或者第三方支持者提供的开发工具。

2 24位高分辨率ADC通道

　　（1）ADC的输入多路复用器及输入缓冲

输入多路复用器允许不同输入信号通过选择输入通道进行组合，如AIN0被选为ADC输入正端，其它任何通道可以选为ADC输入负端。用这种方式可以组成8个完整的ADC输入通道，也可以在差分输入通道间切换极性。片上的二极管可以提供温度测量，当输入多路复用器的寄存器置为全“1”时，二极管被接入ADC通道的输入端开始测量温度。

　　MSC1210在没有缓冲区时输入电阻为5M/PGA，缓冲区由ADC控制寄存器中的BUF位控制。当没有选择输入缓冲区时，模拟输入阻抗与时钟频率(ACLK)和增益(PGA)有关。

　　　其模拟输入通道的等效结构如图3所示。

　　（2）可编程增益放大器PGA

　　① PGA：可编程增益放大PGA可以设为1、2、4、8、16、32、64、128，使用PGA确实能提高ADC的分辨率。当PGA=1，量程范围为5 V时，ADC能分辨到1μV；当PGA=128，量程范围为40 mV时，ADC能分辨到75 nV；而在PGA=1时，在5 V量程范围内需要一个26位的ADC才能分辨到76 nV。

　　② PGA偏移DAC：ODAC寄存器是8位，它能将输入到PGA的模拟信号偏移PGA满量程的一半，其最高位为符号位，低7位提供偏移量。由于ODAC给PGA引入的是模拟量而不是数字量偏移，所以并不影响测量结果的精度。

　　（3）电压参考基准

MSC1210的电压参考可以是内部的也可是外部的，上电复位以后的电压参考是内部的2.5 V，参考电压的选择通过ADCON0控制。片上内部参考电压有1.25 V和2.5 V两种可选，其精度可达0.2 %，温漂仅为5×10-6/℃，可大大提高测量精度。如果没有用到内部