ADμC812應(yīng)用中的若干問(wèn)題

摘 要： ADμC812作為新一代微控制器，具有強(qiáng)大的功能，比以往的單片機(jī)有著更廣闊的應(yīng)用前景。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，芯片本身尚存在一些應(yīng)注意的問(wèn)題及使用時(shí)的特殊要求。本文對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)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

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/241616.htm

　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(chǔ)器的高性能8位（與8051兼容）MCU，還包含了高性能的自校準(zhǔn)8通道ADC及2通道12位DAC。

　　圖1 ADμC812功能方框圖

　　如所有與8051兼容的器件一樣，對(duì)于程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，ADμC812具有各自獨(dú)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(chǔ)器技術(shù)，向用戶提供8KB的閃速/電擦除程序存儲(chǔ)器、640B的閃速/電擦除數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(mén)狗定時(shí)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(kuò)展提供了32條可編程的I/O線、I2C兼容的SPI和標(biāo)準(zhǔn)UART串行端口。

　　與以往的80C51單片機(jī)不同，ADμC812具有獨(dú)特的在線調(diào)試和下載功能，由支持ADμC812的開(kāi)發(fā)工具包QuickStart開(kāi)發(fā)系統(tǒng)來(lái)提供。也就是說(shuō)，在用戶系統(tǒng)保留ADμC812的情況下，通過(guò)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)與ADμC812的串口通信，可直接對(duì)用戶系統(tǒng)進(jìn)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(jī)相比，在用法上有許多不同之處。因此，在進(jìn)行ADμC812系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用時(shí)，仍然有許多問(wèn)題須要注意。下面，將我們?cè)趹?yīng)用ADμC812開(kāi)發(fā)產(chǎn)品時(shí)發(fā)現(xiàn)的一些應(yīng)注意的問(wèn)題及其解決辦法介紹如下。

應(yīng)用中存在的若干問(wèn)題

1 在線調(diào)試注意事項(xiàng)

　　ADμC812與其他單片機(jī)突出不同之處在于支持它的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)不同。QuickStart開(kāi)發(fā)系統(tǒng)是支持ADμC812的開(kāi)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(duì)于用戶開(kāi)發(fā)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，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(guò)PC機(jī)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(jìn)行數(shù)據(jù)通信才能發(fā)揮作用。因此，用戶在開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)的同時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)RS232接口電路（如圖2所示）來(lái)實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與ADμC812的串口通信。

圖2 RS232接口電路

　　 由于RS232接口電路是PC機(jī)和用戶開(kāi)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(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。在用戶系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研制過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)在線通信故障問(wèn)題。導(dǎo)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(guò)＋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(hào)。若存在，則說(shuō)明PC機(jī)方面通信發(fā)送信號(hào)正常。
③ R1OUT腳是否存在＋5V信號(hào)。若存在，則說(shuō)明ADM202接收PC機(jī)信號(hào)工作正常。
④ T1IN腳是否存在＋5V信號(hào)。若存在，則說(shuō)明ADμC812對(duì)PC機(jī)的通信產(chǎn)生響應(yīng)；否則是ADμC812通信存在問(wèn)題，說(shuō)明ADμC812工作不正常。
⑤ T1OUT腳是否存在±12V的脈沖信號(hào)。若存在，但ADμC812還無(wú)法進(jìn)入在線調(diào)試狀態(tài)，則說(shuō)明DB9與PC機(jī)之間的串行接口電纜有問(wèn)題。

（2） PSEN引腳

　　 用戶系統(tǒng)在具備RS232接口電路之后，還需通過(guò)一個(gè)與地相連的1kΩ電阻將ADμC812的PSEN引腳拉至低電平（見(jiàn)參考文獻(xiàn)[1]、[2]），才能進(jìn)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(shí)現(xiàn)的另一關(guān)鍵所在。

　　 值得強(qiáng)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(yàn)證明，在PSEN引腳損傷不嚴(yán)重時(shí)，可通過(guò)把PSEN直接對(duì)地短路將其拉至低電平；但若損傷嚴(yán)重，則即使直接接地，器件仍然不能工作。因此，在使用ADμC812時(shí)，應(yīng)特別小心、謹(jǐn)防靜電。如焊接芯片時(shí)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(fù)位時(shí)檢測(cè)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(fù)位瞬間將PSEN引腳直接對(duì)地短路。但在ADμC812芯片進(jìn)入在線調(diào)試或下載狀態(tài)之后，PSEN引腳仍應(yīng)通過(guò)1kΩ電阻接地。當(dāng)然，若需要在下載程序后脫機(jī)運(yùn)行，應(yīng)將PSEN引腳與1kΩ下拉電阻斷開(kāi)，否則，ADμC812將一直保持在線調(diào)試狀態(tài)。

（3） 資源占用問(wèn)題

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

　　 由于與其他單片機(jī)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(huì)受到限制。這是因?yàn)樵诰€調(diào)試時(shí)，計(jì)算機(jī)和芯片之間的通信占用一定的資源所導(dǎo)致。經(jīng)實(shí)踐證明，定時(shí)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(shí)器1，則無(wú)論是設(shè)斷點(diǎn)調(diào)試，還是單步或連續(xù)運(yùn)行，都會(huì)有程序無(wú)法執(zhí)行的情況發(fā)生。但若將程序中的定時(shí)器1屏蔽掉，則程序能正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)用戶預(yù)定的功能。當(dāng)然，在線調(diào)試程序時(shí)可以使用定時(shí)器0和定時(shí)器2，因它們未被占用。

雖然在線調(diào)試時(shí)，定時(shí)器1無(wú)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(shí)器。用戶可先將預(yù)定功能用定時(shí)器0實(shí)現(xiàn)，在調(diào)試通過(guò)之后，再改用定時(shí)器1來(lái)實(shí)現(xiàn)；也可直接用定時(shí)器1實(shí)現(xiàn)，但只能盲調(diào)，因程序必須下載后脫機(jī)運(yùn)行。

2 A/D轉(zhuǎn)換器的使用問(wèn)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(zhǔn)、校準(zhǔn)特性，模塊內(nèi)的所有部件能方便地通過(guò)3個(gè)寄存器SFR接口來(lái)設(shè)置?？傊珹DμC812的ADC模塊具有與一般ADC芯片相比擬的性能，并且操作簡(jiǎn)單、可靠性高，采集速率可高達(dá)200kHz。 （1） 基準(zhǔn)電壓 　　 A/D轉(zhuǎn)換器的2.5V基準(zhǔn)電壓既可由片內(nèi)提供，也可由外部基準(zhǔn)經(jīng)VREF引腳驅(qū)動(dòng)。若使用內(nèi)部基準(zhǔn)，則在VREF和CREF引腳與AGND之間都應(yīng)當(dāng)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(dá)到規(guī)定的性能，建議在使用外部基準(zhǔn)時(shí)，該基準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)在2.3V和模擬電源AVDD之間。 　　 由于片內(nèi)基準(zhǔn)高精度、低漂移且經(jīng)工廠校準(zhǔn)，并且當(dāng)ADC或DAC使能時(shí)，在VREF引腳會(huì)出現(xiàn)此基準(zhǔn)電壓。因此，在進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，可將片內(nèi)基準(zhǔn)作為一個(gè)2.5V的參考電源來(lái)使用。若要把片內(nèi)基準(zhǔn)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(shí)際應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)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(gè)缺點(diǎn)，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(shí)驗(yàn)證明，若輸入的模擬電壓超過(guò)+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(duì)，但并沒(méi)有影響ADμC812正常工作；但是，一旦輸入負(fù)的模擬電壓，則會(huì)影響ADμC812正常工作，表現(xiàn)為ADC的基準(zhǔn)電壓（VREF＝+2.5V）消失和采樣結(jié)果不正確，且若長(zhǎng)時(shí)間輸入負(fù)電壓，將有可能損壞芯片。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，若發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)ADC之后VREF端無(wú)電壓，則應(yīng)立即將芯片復(fù)位，并檢查模擬輸入信號(hào)的采集放大部分。在確保進(jìn)入ADμC812的模擬信號(hào)在0～+2.5V范圍內(nèi)之后，才能再次啟動(dòng)ADC。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，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(wèn)題 與其他單片機(jī)一樣，ADμC812也有4個(gè)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(shí)現(xiàn)外部存儲(chǔ)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(fù)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(méi)有輸出驅(qū)動(dòng)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(dāng)P1口用作模擬輸入時(shí)，它對(duì)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(shí)際使用中，不須將8個(gè)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(shí)須注意，它與標(biāo)準(zhǔn)的8051單片機(jī)用作數(shù)字輸入的通用I/O口不同，認(rèn)為高電平有效。因此，P1口用作數(shù)字輸入時(shí)，在檢測(cè)是否有輸入信號(hào)之前，須將0寫(xiě)至對(duì)應(yīng)端口，然后再判斷。這就要求系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將用作數(shù)字輸入的P1口外加1個(gè)下拉電阻，一般為幾kΩ。 圖3 P1口位鎖存器與輸入緩沖 （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(dòng)器。通過(guò)與P2口相應(yīng)的端口SFR，可將P2口的各端口引腳獨(dú)立地配置為數(shù)字輸入或數(shù)字輸出，以及對(duì)它們進(jìn)行讀、寫(xiě)訪問(wèn)。這些與一般單片機(jī)P2口作通用I/O口的用法相同。 　　但當(dāng)ADμC812接有外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，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(fù)用，而P2口是中位、高位字節(jié)地址總線復(fù)用。因此，P2口在用于外擴(kuò)大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，也應(yīng)通過(guò)一個(gè)鎖存器將高位字節(jié)地址鎖存，如圖4所示。 圖4 P2口地址鎖存 4 外部尋址問(wèn)題 　　與其他單片機(jī)不同，ADμC812具有24根地址線。它可尋址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間為16MB，此超大容量的存儲(chǔ)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(chǔ)器空間高達(dá)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(gè)8位寄存器來(lái)組成，分別是DPP（頁(yè)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(jìn)行內(nèi)部和外部代碼訪問(wèn)或外部數(shù)據(jù)訪問(wèn)時(shí)，由它們來(lái)提供存儲(chǔ)器地址。與其他單片機(jī)一樣，DPTR仍然是由DPH和DPL兩個(gè)寄存器來(lái)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(dāng)于若將外部數(shù)據(jù)寄存器每64KB劃分為1頁(yè)，則不同的DPP值將對(duì)應(yīng)于不同的頁(yè)，因此取名為頁(yè)寄存器。 5 SPI串口對(duì)P3口的影響 　　為便于MCU與各種外圍設(shè)備進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)同步地被發(fā)送和接收）進(jìn)行通信。由于只須使用4條線就可與多種標(biāo)準(zhǔn)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?cè)谑褂肁DμC812的SPI串口進(jìn)行通信時(shí)，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(huì)對(duì)P3口產(chǎn)生影響，其現(xiàn)象表現(xiàn)為：無(wú)論P(yáng)3口實(shí)際輸入電平為何值，P3口的內(nèi)部鎖存器都認(rèn)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(shuō)明，SPI串口使能將使P3口只能作為輸出口來(lái)使用。因此，在同時(shí)使用SPI串口和P3口作輸入口時(shí)，為避免錯(cuò)誤發(fā)生，必須在每次P3口檢測(cè)輸入信號(hào)之前都將SPI串口禁止。 結(jié)束語(yǔ) 　　ADμC812作為一種新型的微控制器，具有一般單片機(jī)所不能比擬的強(qiáng)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(jiǎn)化儀器中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)部分，同時(shí)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(wèn)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(kāi)發(fā)研制。經(jīng)過(guò)一段時(shí)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(yàn)和教訓(xùn)，本文旨在為用戶提供借鑒參考。MES 參考文獻(xiàn) 1 Analog Devices Inc. MicroConverterTM, Multichannel 12-Bit ADC with Embedded FLASH MCU ADμC812,Ver 2.0 September 1999 2 Analog Devices Inc. ADμC812 User’s Manual,2000 3 Analog Devices Inc. MicroConverterTM,SPI Serial Port，1999 4 孫涵芳,徐愛(ài)卿.單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1988