DS2450轉(zhuǎn)換器與51單片機接口設(shè)計

在普通方式下其串行通信速率為16．3kbps，而超速工作模式時的速率可達 142kbps，片內(nèi)16位循環(huán)冗余校驗碼生成器可用于檢測通信的正確性。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)和報警門限電壓均可編程；每個通道均可用各自的存儲器來存儲電壓范圍設(shè)置、轉(zhuǎn)換結(jié)果和門限電壓等參數(shù)。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，芯片正常工作時的功耗僅2.5mW，空閑時的功耗為25μW。多個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) DS2450PDF下載

　　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，接著的48位是該DS2450自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC＝X⁸＋X⁵＋X⁴＋1）；光刻ROM的作用是使每一個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單總線芯片。

　　對于一線端口，在ROM功能建立之前，其它功能是無法實現(xiàn)的?？偩€控制器必須首先通過DATA引腳為DS2450提供一個ROM功能控制命令（8位）。它的7個功能控制命令為：

　?。?）讀ROM，命令字［33H］；

　?。?）匹配ROM［55H］；

　?。?）搜索ROM［F0H］；

　?。?）跳過ROM［CCH］；

　?。?）條件搜索ROM［ECH］；

　?。?）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142kbps。如果多個器件連接在一線上，這些命令可對每個器件的64位ROM 部分進行操作，并挑選出一個特定的器件。然后對選中的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 存儲器

　　DS2450內(nèi)部有24個地址相連的8位存儲器，可將其分成3頁，每頁8字節(jié)。第0頁為A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲器，每個通道占2個字節(jié)共16位。當(dāng)芯片上電復(fù)位時，該頁清0；第1頁為A／D轉(zhuǎn)換控制與狀態(tài)存儲器；第2頁為各通道輸入高／低限報警值存儲器。

　　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A／D轉(zhuǎn)換器進行轉(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，對應(yīng)位為1表示該通道參與轉(zhuǎn)換。在同時選擇多個通道時，其轉(zhuǎn)換順序為A→B→C→D，未選中的通道將被跳過。其A／D轉(zhuǎn)換的時間可近似為：

　　轉(zhuǎn)換時間＝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)出讀存儲器命令以獲得轉(zhuǎn)換結(jié)果和對應(yīng)的狀態(tài)。

　　預(yù)置控制字可用于對相應(yīng)通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲器進行預(yù)置。當(dāng)SET、CLR＝00時，為不預(yù)置，即保持上次轉(zhuǎn)換值；當(dāng)SET、CLR＝01時，轉(zhuǎn)換前預(yù)置為全0；當(dāng)SET、CLR＝10時，預(yù)置為全1；而SET、CLR＝11為無效組合。

　　2．2 存儲器讀／寫控制

　　讀存儲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?？偩€管理器首先送出讀存儲器命令字［AAH］，然后送出兩字節(jié)的16位“起始數(shù)據(jù)”存儲器地址，并在總線上讀取一個字節(jié)的數(shù)據(jù)后，地址自動加1，緊接著讀取下一個數(shù)據(jù)；當(dāng)一頁讀完后，隨后讀取的兩個字節(jié)為內(nèi)部自動產(chǎn)生的16位循環(huán)冗余校驗碼，它是由前面送出的命令字、地址和讀取的存儲器數(shù)據(jù)并根據(jù)下列表達式生成的：

CRC16＝X¹⁶＋X¹⁵＋X²＋1

　　寫存儲器命令主要針對第1頁和第2頁存儲器，其目的是寫入各通道的工作方式控制字和對應(yīng)通道的高、低門限設(shè)定值?？偩€管理器首先送出寫存儲器命令字［55H］，然后送出兩字節(jié)的16位存儲器起始地址，接著逐個送出要寫入的數(shù)據(jù)，其地址也是自動加1。若在剛寫完一個數(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)，可利用這一特點對寫入和讀出的數(shù)據(jù)進行比較，以判斷傳輸?shù)恼_性。

　　如果在軟件校驗時發(fā)現(xiàn)讀／寫中的傳輸錯誤，則必須對DS2450芯片進行初始化，并重新進行讀／寫操作。

　　2．3 DS2450的工作時序

　　DS2450的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ROM功能命令→存儲器讀寫／轉(zhuǎn)換控制功能命令→傳輸數(shù)據(jù)。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序，圖2給出了普通工作模式下的工作時序。

　　3 DS2450與單片機的典型接口設(shè)計

　　圖3是MCS－51系列單片機與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D通道進行A／D轉(zhuǎn)換，AIN－D接模擬信號輸入；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、低限報警信號。

　　如果單片機系統(tǒng)所用的晶振頻率為12MHz，那么可根據(jù)DS2450的初始化時序、寫時序和讀時序來分別編寫三個子程序：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。

　　通過主機控制DS2450來完成A／D轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過以下幾個步驟：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，高報警門限為3．0V（96H），低報警門限為2．0V（64H），并將通道A和通過B作為報警輸出，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：

　　CTLAD：LCALLINIT；發(fā)復(fù)位脈沖并接收存在脈沖

　　如果一線上掛接有多個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行校驗的子程序CTLAD的編寫可能會復(fù)雜一些。