單片機(jī)與單總線A/D轉(zhuǎn)換器DS2450的接口設(shè)計(jì)
掃描二維碼
隨時(shí)隨地手機(jī)看文章
DS2450是DALLAS公司生產(chǎn)的單總線四通道逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器芯片，它的輸入電壓范圍、轉(zhuǎn)換精度位數(shù)和報(bào)警門限電壓均可編程；每個(gè)通道均可用各自的存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)電壓范圍設(shè)置、轉(zhuǎn)換結(jié)果和門限電壓等參數(shù)。在普通方式下其串行通信速率為16．3kbps，而超速工作模式時(shí)的速率可達(dá) 142kbps，片內(nèi)16位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼生成器可用于檢測通信的正確性。DS2450采用8腳SOIC小體積封裝。它既可用單5V電源供電，也可采用寄生電源方式供電，芯片正常工作時(shí)的功耗僅2.5mW，空閑時(shí)的功耗為25μW。多個(gè)DS2450或其它功能的具有MicroLAN接口的單總線芯片可以并聯(lián)，CPU只需一根端口線就能與諸多單總線芯片通信，而且占用微處理器的端口較少，因此可節(jié)省大量的引出腳和邏輯電路。
1 DS2450的引腳排列和內(nèi)部結(jié)構(gòu)
1．1 引腳功能
DS2450采用8腳SOIC封裝，其管腳功能描述如下：
1腳（VDD）：工作電源接入端；
2腳（N．C）：懸空引腳；
3腳（DATA）：串行數(shù)據(jù)輸入／輸出端；
4腳（GND）：接地端；
5腳（AIN－A）：A路模擬電壓輸入端；
6腳（AIN－B）：B路模擬電壓輸入端；
7腳（AIN－C）：C路模擬電壓輸入端；
8腳（AIN－D）：D路模擬電壓輸入端。
1．2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)
DS2450的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以被看作是該DS2450的地址序列碼。64位光刻 ROM的排列是：開始8位（20H）為產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，接著的48位是該DS2450自身的序列號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC＝X8＋X5＋X4＋1）；光刻ROM的作用是使每一個(gè)單總線器件的地址都各不相同，以便在一根總線上掛接多個(gè)單總線芯片。
（1）讀ROM，命令字［33H］；
（2）匹配ROM［55H］；
（3）搜索ROM［F0H］；
（4）跳過ROM［CCH］；
（5）條件搜索ROM［ECH］；
（6）超速跳過ROM［3CH］；
（7）超速匹配ROM［69H］。
其中超速跳過ROM或超速匹配ROM命令執(zhí)行后可使串行通信速率高達(dá)142kbps。如果多個(gè)器件連接在一線上，這些命令可對(duì)每個(gè)器件的64位ROM 部分進(jìn)行操作，并挑選出一個(gè)特定的器件。然后對(duì)選中的DS2450執(zhí)行下一步的A／D轉(zhuǎn)換控制命令以及讀寫存儲(chǔ)器命令，所有命令或數(shù)據(jù)的讀／寫均從最低位開始。
1．3 存儲(chǔ)器
DS2450內(nèi)部有24個(gè)地址相連的8位存儲(chǔ)器，可將其分成3頁，每頁8字節(jié)。第0頁為A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)器，每個(gè)通道占2個(gè)字節(jié)共16位。當(dāng)芯片上電復(fù)位時(shí)，該頁清0；第1頁為A／D轉(zhuǎn)換控制與狀態(tài)存儲(chǔ)器；第2頁為各通道輸入高／低限報(bào)警值存儲(chǔ)器。
2 轉(zhuǎn)換與讀／寫控制
2．1 轉(zhuǎn)換控制
DS2450的轉(zhuǎn)換控制首先通過其DATA端串行送出轉(zhuǎn)換命令字［3CH］，然后送出通道選擇字和預(yù)置控制字，最后啟動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。DS2450的通道選擇字和預(yù)置控制字的各位含義如表1所列。
在通道選擇字中，對(duì)應(yīng)位為1表示該通道參與轉(zhuǎn)換。在同時(shí)選擇多個(gè)通道時(shí)，其轉(zhuǎn)換順序?yàn)锳→B→C→D，未選中的通道將被跳過。其A／D轉(zhuǎn)換的時(shí)間可近似為：
轉(zhuǎn)換時(shí)間＝通道數(shù)×轉(zhuǎn)換精度位數(shù)×80μs＋160μs。
當(dāng)所有通道轉(zhuǎn)換完畢后，系統(tǒng)將發(fā)出讀存儲(chǔ)器命令以獲得轉(zhuǎn)換結(jié)果和對(duì)應(yīng)的狀態(tài)。
預(yù)置控制字可用于對(duì)相應(yīng)通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)器進(jìn)行預(yù)置。當(dāng)SET、CLR＝00時(shí)，為不預(yù)置，即保持上次轉(zhuǎn)換值；當(dāng)SET、CLR＝01時(shí)，轉(zhuǎn)換前預(yù)置為全0；當(dāng)SET、CLR＝10時(shí)，預(yù)置為全1；而SET、CLR＝11為無效組合。
2．2 存儲(chǔ)器讀／寫控制
讀存儲(chǔ)器命令可用于讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果、工作狀態(tài)和門限設(shè)定值等。總線管理器首先送出讀存儲(chǔ)器命令字［AAH］，然后送出兩字節(jié)的16位“起始數(shù)據(jù)”存儲(chǔ)器地址，并在總線上讀取一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)后，地址自動(dòng)加1，緊接著讀取下一個(gè)數(shù)據(jù)；當(dāng)一頁讀完后，隨后讀取的兩個(gè)字節(jié)為內(nèi)部自動(dòng)產(chǎn)生的16位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼，它是由前面送出的命令字、地址和讀取的存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)并根據(jù)下列表達(dá)式生成的：
CRC16＝X16＋X15＋X2＋1
寫存儲(chǔ)器命令主要針對(duì)第1頁和第2頁存儲(chǔ)器，其目的是寫入各通道的工作方式控制字和對(duì)應(yīng)通道的高、低門限設(shè)定值?？偩€管理器首先送出寫存儲(chǔ)器命令字［55H］，然后送出兩字節(jié)的16位存儲(chǔ)器起始地址，接著逐個(gè)送出要寫入的數(shù)據(jù)，其地址也是自動(dòng)加1。若在剛寫完一個(gè)數(shù)據(jù)后執(zhí)行讀操作，讀出的數(shù)據(jù)應(yīng)剛好為前一次寫入的數(shù)據(jù)，可利用這一特點(diǎn)對(duì)寫入和讀出的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以判斷傳輸?shù)恼_性。
如果在軟件校驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)讀／寫中的傳輸錯(cuò)誤，則必須對(duì)DS2450芯片進(jìn)行初始化，并重新進(jìn)行讀／寫操作。
2．3 DS2450的工作時(shí)序
DS2450的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ROM功能命令→存儲(chǔ)器讀寫／轉(zhuǎn)換控制功能命令→傳輸數(shù)據(jù)。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序，圖2給出了普通工作模式下的工作時(shí)序。
3 DS2450與單片機(jī)的典型接口設(shè)計(jì)
圖3是MCS－51系列單片機(jī)與DS2450的典型連接電路。其中DS2450的DATA端接AT89C51的P1．0，該電路采用外接電源供電方式，其DS2450的VCC端用 5V電源供電。此例僅對(duì)D通道進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，AIN－D接模擬信號(hào)輸入；AIN－A和AIN－B外接上拉電阻到電源，其輸出可作為D通道的高、低限報(bào)警信號(hào)。
如果單片機(jī)系統(tǒng)所用的晶振頻率為12MHz，那么可根據(jù)DS2450的初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序來分別編寫三個(gè)子程序：其中INIT為初始化子程序，可用于發(fā)送復(fù)位脈沖并接收存在脈沖；WRITE為寫（命令或數(shù)據(jù)字節(jié)）子程序；READ為讀數(shù)據(jù)子程序。所有要讀寫的命令或數(shù)據(jù)字節(jié)均被放在A寄存器中。
通過主機(jī)控制DS2450來完成A／D轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過以下幾個(gè)步驟：初始化、發(fā)ROM功能命令和相應(yīng)的64位光刻ROM數(shù)據(jù)、選中特定芯片、寫入工作方式控制字和高／低限門限值、發(fā)轉(zhuǎn)換控制命令、讀取轉(zhuǎn)換值及狀態(tài)等。
如果將D通道設(shè)定為5．1V輸入范圍，轉(zhuǎn)換精度為12位，高報(bào)警門限為3．0V（96H），低報(bào)警門限為2．0V（64H），并將通道A和通過B作為報(bào)警輸出，最后將轉(zhuǎn)換結(jié)果放在30H和31H處，那么其子程序CTLAD的具體程序清單如下：
如果一線上掛接有多個(gè)DS2450以及其他單總線接口芯片，那么采用寄生電源供電和超速模式工作且要求在通訊中進(jìn)行校驗(yàn)的子程序CTLAD的編寫可能會(huì)復(fù)雜一些。
下載文檔
