ADuC812應(yīng)用中的若干問題

    摘要：ADμC812作為新一代微控制器，具有強大的功能，比以往的單片機有著更廣闊的應(yīng)用前景。在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，芯片本身尚存在一些應(yīng)注意的問題及使用時的特殊要求。本文對這些問題進行總結(jié)，以供讀者參考。

    關(guān)鍵詞：在線調(diào)試  數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 SPI

引言

　　ADμC812是高度集成的高精度12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其功能方框圖如圖1所示。從圖中可知，該芯片內(nèi)不僅集成了可重新編程非易失性閃速/電擦除程序存儲器的高性能8位（與8051兼容）MCU，還包含了高性能的自校準8通道ADC及2通道12位DAC。

　　如所有與8051兼容的器件一樣，對于程序和數(shù)據(jù)存儲器，ADμC812具有各自獨立的地址空間：64KB外部程序地址空間和16MB外部數(shù)據(jù)地址空間。但與其他器件不同的是，它包含了片內(nèi)閃速存儲器技術(shù)，向用戶提供8KB的閃速/電擦除程序存儲器、640B的閃速/電擦除數(shù)據(jù)存儲器。

　　芯片集成了全部輔助功能塊以充分支持可編程的數(shù)據(jù)采集核心。這些輔助功能塊包括看門狗定時器（WDT）、電源監(jiān)視器（PSM）以及ADC DMA功能。另外，為多處理器接口和I/O擴展提供了32條可編程的I/O線、I2C兼容的SPI和標準UART串行端口。

　　與以往的80C51單片機不同，ADμC812具有獨特的在線調(diào)試和下載功能，由支持ADμC812的開發(fā)工具包QuickStart開發(fā)系統(tǒng)來提供。也就是說，在用戶系統(tǒng)保留ADμC812的情況下，通過開發(fā)系統(tǒng)與ADμC812的串口通信，可直接對用戶系統(tǒng)進行調(diào)試，并在調(diào)試完成后將已調(diào)試好的程序下載到ADμC812中。

　　雖然ADμC812具有上述各種優(yōu)良性能，但由于它是一種新型微控制器，與以往的單片機相比，在用法上有許多不同之處。因此，在進行ADμC812系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用時，仍然有許多問題須要注意。下面，將我們在應(yīng)用ADμC812開發(fā)產(chǎn)品時發(fā)現(xiàn)的一些應(yīng)注意的問題及其解決辦法介紹如下。

應(yīng)用中存在的若干問題

    1.在線調(diào)試注意事項

　　ADμC812與其他單片機突出不同之處在于支持它的開發(fā)系統(tǒng)不同。QuickStart開發(fā)系統(tǒng)是支持ADμC812的開發(fā)工具包，功能完善，包括下載、調(diào)試和模擬等功能。

    （1）RS232接口電路

　　對于用戶開發(fā)系統(tǒng)來說，在線調(diào)試和下載功能最重要，也是最常使用的，但二者都需通過PC機上的串行端口與ADμC812的UART串行端口之間連接的串行端口電纜進行數(shù)據(jù)通信才能發(fā)揮作用。因此，用戶在開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)的同時，應(yīng)設(shè)計一個RS232接口電路（如圖2所示）來實現(xiàn)PC機與ADμC812的串口通信。

　　 由于RS232接口電路是PC機和用戶開發(fā)系統(tǒng)的唯一通路，因此，它是在線調(diào)試和下載功能實現(xiàn)的關(guān)鍵。在用戶系統(tǒng)的開發(fā)研制過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)在線通信故障問題。導致該現(xiàn)象發(fā)生的原因有很多，但最有可能的是接口電路工作異常所產(chǎn)生。要判斷RS232接口電路工作是否正常，可按以下步驟逐一檢查RS232通信是否正常。

① V＋和V－引腳電壓是否足夠高（分別超過＋8V和-8V）。若電壓較低，則可能ADM202芯片已損壞。

② R1IN腳是否存在±12V的脈沖信號。若存在，則說明PC機方面通信發(fā)送信號正常。

③ R1OUT腳是否存在＋5V信號。若存在，則說明ADM202接收PC機信號工作正常。

④ T1IN腳是否存在＋5V信號。若存在，則說明ADμC812對PC機的通信產(chǎn)生響應(yīng)；否則是ADμC812通信存在問題，說明ADμC812工作不正常。

⑤ T1OUT腳是否存在±12V的脈沖信號。若存在，但ADμC812還無法進入在線調(diào)試狀態(tài)，則說明DB9與PC機之間的串行接口電纜有問題。

    （2）PSEN引腳

　　 用戶系統(tǒng)在具備RS232接口電路之后，還需通過一個與地相連的1kΩ電阻將ADμC812的PSEN引腳拉至低電平（見參考文獻[1]、[2]），才能進入在線調(diào)試和下載狀態(tài)。因此，PSEN引腳拉低是在線調(diào)試和下載功能實現(xiàn)的另一關(guān)鍵所在。

　　 值得強調(diào)的是，PSEN引腳與地之間連上1kΩ電阻并不一定就能保證PSEN為低電平。若靜電造成PSEN引腳損傷，則1kΩ電阻不能將PSEN引腳拉低。經(jīng)試驗證明，在PSEN引腳損傷不嚴重時，可通過把PSEN直接對地短路將其拉至低電平；但若損傷嚴重，則即使直接接地，器件仍然不能工作。因此，在使用ADμC812時，應(yīng)特別小心、謹防靜電。如焊接芯片時應(yīng)將電烙鐵接地，并戴上防靜電手鐲。

　　 由于ADμC812的調(diào)試器是在用戶系統(tǒng)復位時檢測PSEN引腳狀態(tài)的，因此，為提高通信成功幾率，可在用戶系統(tǒng)復位瞬間將PSEN引腳直接對地短路。但在ADμC812芯片進入在線調(diào)試或下載狀態(tài)之后，PSEN引腳仍應(yīng)通過1kΩ電阻接地。當然，若需要在下載程序后脫機運行，應(yīng)將PSEN引腳與1kΩ下拉電阻斷開，否則，ADμC812將一直保持在線調(diào)試狀態(tài)。

    （3）資源占用問題

　　 ADμC812具有3個16位定時器/計數(shù)器，即：定時器0、定時器1和定時器2。每一個定時器/計數(shù)器包含2個8位寄存器THX和TLX（X＝0，1和2）。所有3個定時器/計數(shù)器均可配置作為定時器或計數(shù)器，此功能和普通單片機相同。

　　 由于與其他單片機不同，ADμC812具備在線調(diào)試功能，因此，芯片處于在線工作狀態(tài)下某些功能將會受到限制。這是因為在線調(diào)試時，計算機和芯片之間的通信占用一定的資源所導致。經(jīng)實踐證明，定時器1就是被占用的資源之一。若用戶在線調(diào)試的程序中使用了定時器1，則無論是設(shè)斷點調(diào)試，還是單步或連續(xù)運行，都會有程序無法執(zhí)行的情況發(fā)生。但若將程序中的定時器1屏蔽掉，則程序能正常運行，實現(xiàn)用戶預定的功能。當然，在線調(diào)試程序時可以使用定時器0和定時器2，因它們未被占用。

雖然在線調(diào)試時，定時器1無法使用，但并不意味著用戶不能在用戶系統(tǒng)中利用該定時器。用戶可先將預定功能用定時器0實現(xiàn)，在調(diào)試通過之后，再改用定時器1來實現(xiàn)；也可直接用定時器1實現(xiàn)，但只能盲調(diào)，因程序必須下載后脫機運行。

    2.A/D轉(zhuǎn)換器的使用問題

　　 ADμC812內(nèi)集成的ADC轉(zhuǎn)換模塊，包含了8通道、12位、單電源A/D轉(zhuǎn)換器，這些A/D轉(zhuǎn)換器是由基于電容DAC的常規(guī)逐次逼近轉(zhuǎn)換器組成的,接收的模擬輸入范圍為0至＋VREF（＋2.5V）。另外，此模塊還為用戶提供片內(nèi)基準、校準特性，模塊內(nèi)的所有部件能方便地通過3個寄存器SFR接口來設(shè)置。總之，ADμC812的ADC模塊具有與一般ADC芯片相比擬的性能，并且操作簡單、可靠性高，采集速率可高達200kHz。

    （1）基準電壓

　　 A/D轉(zhuǎn)換器的2.5V基準電壓既可由片內(nèi)提供，也可由外部基準經(jīng)VREF引腳驅(qū)動。若使用內(nèi)部基準，則在VREF和CREF引腳與AGND之間都應(yīng)當連接100nF電容以便去耦。這些去耦電容應(yīng)放在緊靠VREF和CREF引腳處。為了達到規(guī)定的性能，建議在使用外部基準時，該基準應(yīng)當在2.3V和模擬電源AVDD之間。

　　 由于片內(nèi)基準高精度、低漂移且經(jīng)工廠校準，并且當ADC或DAC使能時，在VREF引腳會出現(xiàn)此基準電壓。因此，在進行系統(tǒng)擴展時，可將片內(nèi)基準作為一個2.5V的參考電源來使用。若要把片內(nèi)基準用到微轉(zhuǎn)換器之內(nèi)，則應(yīng)在VREF引腳上加以緩沖并應(yīng)在此引腳與AGND之間連接100nF電容。

在實際應(yīng)用中應(yīng)當特別注意，內(nèi)部VREF將保持掉電直到ADC或DAC外圍設(shè)備模塊之一被它們各自的使能位上電為止。

    （2）模擬輸入

　　 與其他ADC芯片相比，ADμC812的ADC模塊有一個缺點，就是ADC正常工作的模擬輸入范圍為0～+2.5V；而允許輸入的電壓范圍只能為正電壓（0～+5V）。經(jīng)實驗證明，若輸入的模擬電壓超過+2.5V（最大值為+5V），ADC的采樣結(jié)果為最大值（0FFFH），雖然結(jié)果不對，但并沒有影響ADμC812正常工作；但是，一旦輸入負的模擬電壓，則會影響ADμC812正常工作，表現(xiàn)為ADC的基準電壓（VREF＝+2.5V）消失和采樣結(jié)果不正確，且若長時間輸入負電壓，將有可能損壞芯片。因此，在實際應(yīng)用中，若發(fā)現(xiàn)啟動ADC之后VREF端無電壓，則應(yīng)立即將芯片復位，并檢查模擬輸入信號的采集放大部分。在確保進入ADμC812的模擬信號在0～+2.5V范圍內(nèi)之后，才能再次啟動ADC。實際應(yīng)用時，應(yīng)保證輸入的模擬電壓為正電平。

    3.并行I/O端口的使用問題

與其他單片機一樣，ADμC812也有4個通用數(shù)據(jù)端口（P0~P3）與外部器件交換數(shù)據(jù)，且除了用作通用I/O之外，某些端口還能實現(xiàn)外部存儲器操作。另有一些端口則與器件上外圍設(shè)備其他功能多路復用。

    （1）P1口

　　 值得注意的是，在ADμC812中端口0、2和3是雙向端口，而端口1是只輸入端口。在圖3中可以看到在P1口的電路中包括了位鎖存器和輸入緩沖器，但沒有輸出驅(qū)動器，因而P1口只能被配置為數(shù)字輸入或模擬輸入，不能用于輸出。

　　當P1口用作模擬輸入時，它對應(yīng)于ADμC812內(nèi)8通道模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸入端口ADC0~ADC7。若在實際使用中，不須將8個通道ADC都用上，可將剩余的P1口引腳設(shè)置為數(shù)字輸入，但此時須注意，它與標準的8051單片機用作數(shù)字輸入的通用I/O口不同，認為高電平有效。因此，P1口用作數(shù)字輸入時，在檢測是否有輸入信號之前，須將0寫至對應(yīng)端口，然后再判斷。這就要求系統(tǒng)在設(shè)計時，應(yīng)將用作數(shù)字輸入的P1口外加1個下拉電阻，一般為幾kΩ。

    （2）P2口

　　如前所述，ADμC812的P2口也是雙向端口，包含輸入緩沖器、輸出鎖存器和輸出驅(qū)動器。通過與P2口相應(yīng)的端口SFR，可將P2口的各端口引腳獨立地配置為數(shù)字輸入或數(shù)字輸出，以及對它們進行讀、寫訪問。這些與一般單片機P2口作通用I/O口的用法相同。

　　但當ADμC812接有外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口不僅要用于輸出中8位地址（A8~A15），還要用于輸出高8位地址（A16~A23），此用法類似于P0口。不同的是，P0口是數(shù)據(jù)和地址總線復用，而P2口是中位、高位字節(jié)地址總線復用。因此，P2口在用于外擴大容量數(shù)據(jù)存儲器時，也應(yīng)通過一個鎖存器將高位字節(jié)地址鎖存，如圖4所示。

    4.外部尋址問題

　　與其他單片機不同，ADμC812具有24根地址線。它可尋址的外部數(shù)據(jù)存儲器空間為16MB，此超大容量的存儲空間可滿足眾多應(yīng)用領(lǐng)域的需求。由于外部數(shù)據(jù)存儲器空間高達16MB，只用DPTR作間址寄存器是不夠的。因此，ADμC812的數(shù)據(jù)指針是由3個8位寄存器來組成，分別是DPP（頁字節(jié)寄存器）、DPH（高位字節(jié)寄存器）和DPL（低位字節(jié)寄存器），在進行內(nèi)部和外部代碼訪問或外部數(shù)據(jù)訪問時，由它們來提供存儲器地址。與其他單片機一樣，DPTR仍然是由DPH和DPL兩個寄存器來構(gòu)成，且用法相同；而DPP是用于傳送A23~A16最高8位地址的寄存器，這相當于若將外部數(shù)據(jù)寄存器每64KB劃分為1頁，則不同的DPP值將對應(yīng)于不同的頁，因此取名為頁寄存器。

    5.SPI串口對P3口的影響

　　為便于MCU與各種外圍設(shè)備進行通信，ADμC812提供了三種串行I/O端口：UART接口、I2C兼容的串行接口和串行外設(shè)接口（SPI）。其中，SPI接口是工業(yè)標準的同步串行接口，它允許MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式（8位數(shù)據(jù)同時同步地被發(fā)送和接收）進行通信。由于只須使用4條線就可與多種標準外圍器件直接接口，因此，SPI接口在串口通信方面有著廣泛的應(yīng)用。

然而，我們在使用ADμC812的SPI串口進行通信時，發(fā)現(xiàn)它與其他芯片（具有SPI串口功能）不同，此SPI串口的使能會對P3口產(chǎn)生影響，其現(xiàn)象表現(xiàn)為：無論P3口實際輸入電平為何值，P3口的內(nèi)部鎖存器都認定為高電平，從而程序中的JB或JNB等判斷轉(zhuǎn)移指令將失去作用。這說明，SPI串口使能將使P3口只能作為輸出口來使用。因此，在同時使用SPI串口和P3口作輸入口時，為避免錯誤發(fā)生，必須在每次P3口檢測輸入信號之前都將SPI串口禁止。

結(jié)束語

　　ADμC812作為一種新型的微控制器，具有一般單片機所不能比擬的強大功能。它內(nèi)部集成的8通道高精度ADC和雙12位DAC，使其能極有效地簡化儀器中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)部分，同時它所提供的三種串口通信方式，可滿足各種串行器件的接口問題。它的在線調(diào)試和下載功能可極大地方便用戶系統(tǒng)的開發(fā)研制。經(jīng)過一段時間探索和應(yīng)用，我們已基本掌握ADμC812的各種功能，總結(jié)出一些經(jīng)驗和教訓，本文旨在為用戶提供借鑒參考。