带嵌入式MCU的8通道12位AD转换器ADuC812及其应用

介绍了带嵌入式MCU的8通道12位A／D转换器ADuC812的结构和使用方法，及其在动平衡机测量系统中的应用。
关键词：MCU，A／D转换器，ADuC812，动平衡机

1　引　言
　　A／D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A／D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A／D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。
　　ADuC812是8通道12位逐次逼近式A／D转换器，它具有如下特点（见Analog Devices公司的资料：MicroConverter，Multichannel 12－Bit ADC withEmbedded Flash MCU ADuC812，2002）：
　　内含8通道高精度12位A／D转换器；高达200kHz的采样转换速率；可通过DMA控制器实现由ADC到外部数据存储器之间的高速数据存储；片内还包含2个12位D／A转换器；片内包含有温度传感器；片内集成有和8051兼容的MCU内核，工作频率为12MHz，最高可达16MHz，MCU上带有3个16位定时／计数器，9个中断源，两级中断优先级；片内带8K字节的FLASH程序存储器，640字节FLASH数据存储器，以及256字节的片内RAM数据存储器，同时还可扩展16M字节外部数据存储器以及64K字节的程序存储器；低电压3V或5V供电，有节电模式；带UART和SPI串行接口；带看门狗定时器。
2　管脚说明
ADuC812采用S－52封装，它的大部分管脚和8051相应管脚功能相同，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D／A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。
3　使用方法
3．1　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。
3．2　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EDATA1～4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EDATA1～4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000000H～0FFFFFFH，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）。
3．3　A／D转换器
　　ADuC812包含一个8通道单电源12位逐次逼近A／D转换器，A／D转换器的线性误差为±1／2 LSB，转换时间为5μs，可以提供内部2．5V参考电源，同时也可以外接从2．5V到AVDD的参考电源，通过ADCCON1～3三个特殊功能寄存器来控制A／D转换，转换结果可保存在ADCDATAH／L二个特殊功能寄存器中，转换数据的低8位保存在ADCDATAL寄存器中，而高4位保存在ADCDATAH的低4位中，ADCDATAH的高四位用来保存采样的通道号。如果采样数据较大，如以200kHz的速率对被输入的模拟信号进行连续采样，这时必须用DMA模式，将采样数据直接保存在外部数据存储器中，采样结束后再对数据进行处理。
三个控制寄存器的功能如下。
（1）ADCCON1控制采集和转换时间以及转换模式，各位的功能如下：