带8051内核的系统级ADC芯片MSC1210介绍及应用

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:介绍德州仪器公司最近出品的带有高性能8051内核的系统级ADC芯片——MSC1210。说明8051内核单片机的特点、怀能以及片上Flash、24位高精度A/D转换器的使用方法。利用MSC1210丰富的片上资源,可以很简单地构建精密数据采集系统。 关键词:MSC1210 SoC 24位ADC FGA MSC1210是德州仪器公司推出的系统级高精度ADC芯片系列,内置24位低功∑—ΔADC前端信号调理电路—多路模拟开关、缓冲器、PGA、电压参考,且集成了高性能8051处理器内核、Flash存储器和32位累加器、兼容SPI串口等多片上外设。对于要求何种小、集成度高、精度高的测量系统,MSC1210是理想的选择。 MSC1210的系统结构框图如图1所示。 1 MSC1210中高性能8051内核介绍 MSC1210系列芯片的所有指令与标准801兼容,相同各标志位、功能寄存器的功能也是一致的。但MSC1210在速度上有很大的提高:对于同样的外部时钟,指令执行速度提高1.5~3倍,这就使用户可以使用较低的外部时钟,以降低系统的哭声和功耗。此外,MSC1210相对8051单片机还新增了一些功能寄存器,以完成对外设的控制功能。如可编程看门狗定时器,对系统程序的运行进行监控,确保系统可靠运行。片上具有两个全双工的UART,使得在开发模式有一个串口被占用的情况下,仍有一个可留给用户使用。增加的带有FIFO的SPI接口和PWM,为特定应用提供了极大的方便。 MSC1210还提供了双数据指针,可以加速整块数据的移动。在访问外部数据存储器时,还可以使访问周期延展2~9个指令周期,以适应不同的外设速度。32位的累加器也可显著地减少系统开销。它可在几个指令周期内完成24位ADC结果的加法或移位操作,而同样的操作用软件完成则需要上百个指令周期。 MSC1210内部的时钟控制电路可以方便地设置不同的时钟信号。其秒、毫秒、微秒定时中断寄存器可以为系统定时控制提供方便,如设置内部Flash擦除时间、写入时间。MSC1210的所有I/O口都可以通过寄存器,配置成标准8051(上拉)、CMOS输出、漏极开路输出、输入四种方式中的一种。 图1 2 MSC1210中存储器配置和使用 MSC1210的片内存储器包括:特殊功能豁口(SFR),Flash寄存器,Scratchpad RAM,Boot Rom和SRAM。MSC1210内置256字节的片内数据存储器和128字节的SFR,这与8051内核单片机是相同的;唯一的区别是MSC1210定义了更多的特殊功能寄存器。MSC1210的位地址空间也与8051相同,内部RAM中的20H~2FH以及SFR中以0或8结尾的字节,都是可位寻址的。 MSC1210中还有2KB的Boot Rom,用来控制串/并行编程时的操作。当Boot Rom使能时,其中的程序在用户模式下是可以访问的,这时,它的程序被定位在F800H~FFFFH;而在编程模式下,Boot Rom被定位在程序存储器开始的2KB中。Boot Rom中含有一些调试编程常用的程序,如: void autobaud(void);//设置波特率 char write_flash_chk(int fadd,char fdat,char fdm);//写Flash并校验 根据型号的不同,MSC1210系列有4KB到32KB的Flash存储器。此外,片内还提供1KB的SRAM作为数据存储器。它也是通过MOVX指令访问的。SRAM的地址可从0000H或8000H开始,而Flash数据存储器的地址紧接SRAM。 Flash存储器作为数据存储器使用前,首先要对硬件寄存器0(HCR0)的低3位进行设置,分配数据存储空间的大小。根据晶振频率,设置MSEC和USEC寄存器来提供Flash存储器的擦除和写时间。擦除和写入可以直接调用Boot Rom中的程序,编程示意代码如下: #include //头文件引用 #include #include“rom1210.h” #define PAGESTART 0x0400 //定义进行改写的页面 #define PAGESIZE 0x80 char xdata*Pflashpage;定义指向此页面的指针 char xdata buffer[PAGESIZE];//在XRAM里开辟缓冲区 int main() {char result;unsigned char i; autobaud();//调用BootRom中子程序,自动设置波特率,与计算机通信,返回调试信息 Pflashpage=(char xdata*)PAGESTART USEC=12-1;MSEC=12000-1; //以12MHz晶振为例,设置 ………… //毫秒、微秒寄存器 for(i=0;i PGA的增益可以设置为2 n(n=0~7)。通过PGA的使用,可以用效提高A/D转换结果的分辨率。如输入信号幅度为40mV,设置PGA=128,最小分辨率可达75nV。PGA的模拟输入可以通过设置ODAC寄存器进行偏置,最大偏置为输入范围的一半。 ADC的转换结果存储在ADRESH(高字节)、ADRESM(中字节)、ADRESL(低字节)中,配合总和寄存器和移位寄存器,可以方便地实现多次测量结果的累加和平均。总和寄存器是1个32位的值,被分为SUMR0(LSB)、SUMR1、SUMR2、SUMR3(MSB),可以进行最大256次测量结果的累加和平均。当然,要得到测量结果的平均值,应当使累加次数和平均次数一致。通过SSCON寄存器,可以设置成以下4种工作方式。 方式0:手动累加,每次测量完毕,将测量结果写入总和寄存器,完成累加。 方式1:ADC自动累加,根据SSCON中设置的累加次数,自动将测量结果累加到总和寄存器。 方式2:手动求平均值,将总和寄存器中的值除以次数,得到测量结果。 方式3:ADC自动累加后求平均,根据SSCON中设置的累加次数,自动完成测量结果的累加后求平均值。 下面的示意代码完成ADC高精度测量过程。单次测量结果可以通过直接读取ADRESH、ADRESM、ADRESL得到。 //设置ADC PDCON%26;amp;=0x0f7; //打开转换器,系统时钟开启 ACLK=9; //设置ACLK频率 ADMUX=0x08; //选择第一通道正极性,AINCON负极性 ADCON0=0x30;//选择片内参考电压1.25V,关闭缓冲器,PGA=1 ADCON1=0x41;//单极性,滤波器自动模式,自校准 for(i=0;i<4;i++) //四个采样周期自校准 {while(!(AIE%26;amp;0X20)); resultl=ADRESL; resultm=ADRESM; resulth=ADRESH;} SSCON=0XDB; //方式3,ADC自动累加后求平均,采样16次累加 While(!(AISTAT%26;amp;0X40));//等待16次采样结果被累加完成 SMU=(SUMR3〈〈24〉+(SUMR2〈〈16〉+(SUMR1<<8)+SUMR0; 4 MSC1210调试方式 MSC1210可以通过串口对Flash编程,内部Boot Rom中提供了调试用的相关函数,避免了购买昂贵的开发设备,使基于MSC1210的开发变得非常简单。 硬件方面需要在开发板上加一个RS232转换芯片,将MSC1210的串口和计算机串口之间连接起来;同时,设置上电时ALE和PSEN的状态来确定其编程/工作方式。MSC1210有串行和并行两种编程模式:PSEN=0、ALE=1时,为串行模式,即在线编程;PSEN=1、ALE=0时,为并行模式,要用到第三方的编程器。当二者皆为高电平时,为一般用户模式。一般用户模式允许对Flash程序存储器和Flash数据存储器编程。如复位时检测到一般模式,则编程模式结束。 软件方面,TI公司提供了TI Downloader插件,可以直接与Keil配置使用。安装完成TI download后,打开Keil,在Tools里面选择Customize Tools Menu,添加TI Downloader插件,并对其进行配置,如图2所示。 在Argument选项中,可以填入的参数为[/Ffilename][/Xcrystal freq.][/Poort][/Bbaud reat][/Hhwdconfig][/Tterm] /Ffile:目标文件(.hex格式),在Keil环境中会自动用项目的目标文件代替(必选项)。 /Xfeq:MSC1210晶振频率(必选),X11指11.0592MHz。 /Pport:PC串口选择(必选须)。 /Bbaud:波特率(可选项)。 /H:如果设置该选项,则硬件寄存器被编程。 /T:如果设置该选项,下载完成后将弱出调试终端窗口(可选项)。 硬件配置寄存器(HCR0/HCR1)只能在编程模式下进行改写。此时,HCR0的地址为代码区807FH,HCR1的地址为807EH。通过如下程序进行配置(HCR0、HCR1各内容参见MSC1210 Datasheet): CSEG AT0807EH ;代码区地址设定 DB 0FCH ;HCR1的配置内容 DB 0FFH ;HCR0的配置内容 5 总结 MSC1210以其优越的模拟和数字性能,可以轻松地构建高精度测量系统。我们以MSC1210为核心,辅以少量的外围设备,设计了发电机转子绕组接地位置检测仪。充分利用了MSC1210的高精度优势,使故障定位的准确度有了很大提高。可以预见,MSC1210是便携式高精度测量系统的最佳选择。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/mcu/200703/11537.html
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