单片机与单总线A/D转换器DS2450的接口设计

发布时间：2010-11-4 11:44 发布者：eetech

DS2450是DALLAS公司生产的单总线四通道逐次逼近式A／D转换器芯片，它的输入电压范围、转换精度位数和报警门限电压均可编程；每个通道均可用各自的存储器来存储电压范围设置、转换结果和门限电压等参数。在普通方式下其串行通信速率为16．3kbps，而超速工作模式时的速率可达 142kbps，片内16位循环冗余校验码生成器可用于检测通信的正确性。DS2450采用8脚SOIC小体积封装。它既可用单5V电源供电，也可采用寄生电源方式供电，芯片正常工作时的功耗仅2.5mW，空闲时的功耗为25μW。多个DS2450或其它功能的具有MicroLAN接口的单总线芯片可以并联，CPU只需一根端口线就能与诸多单总线芯片通信，而且占用微处理器的端口较少，因此可节省大量的引出脚和逻辑电路。

1 DS2450的引脚排列和内部结构

1．1 引脚功能

DS2450采用8脚SOIC封装，其管脚功能描述如下：

1脚（VDD）：工作电源接入端；
2脚（N．C）：悬空引脚；
3脚（DATA）：串行数据输入／输出端；
4脚（GND）：接地端；
5脚（AIN－A）：A路模拟电压输入端；
6脚（AIN－B）：B路模拟电压输入端；
7脚（AIN－C）：C路模拟电压输入端；
8脚（AIN－D）：D路模拟电压输入端。

1．2 内部结构

DS2450的内部结构如图1所示。其中光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以被看作是该DS2450的地址序列码。64位光刻 ROM的排列是：开始8位（20H）为产品类型标号，接着的48位是该DS2450自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC＝X8＋X5＋X4＋1）；光刻ROM的作用是使每一个单总线器件的地址都各不相同，以便在一根总线上挂接多个单总线芯片。

对于一线端口，在ROM功能建立之前，其它功能是无法实现的。总线控制器必须首先通过DATA引脚为DS2450提供一个ROM功能控制命令（8位）。它的7个功能控制命令为：

（1）读ROM，命令字［33H］；

（2）匹配ROM［55H］；

（3）搜索ROM［F0H］；

（4）跳过ROM［CCH］；

（5）条件搜索ROM［ECH］；

（6）超速跳过ROM［3CH］；

（7）超速匹配ROM［69H］。

其中超速跳过ROM或超速匹配ROM命令执行后可使串行通信速率高达142kbps。如果多个器件连接在一线上，这些命令可对每个器件的64位ROM 部分进行操作，并挑选出一个特定的器件。然后对选中的DS2450执行下一步的A／D转换控制命令以及读写存储器命令，所有命令或数据的读／写均从最低位开始。

1．3 存储器

DS2450内部有24个地址相连的8位存储器，可将其分成3页，每页8字节。第0页为A／D转换结果存储器，每个通道占2个字节共16位。当芯片上电复位时，该页清0；第1页为A／D转换控制与状态存储器；第2页为各通道输入高／低限报警值存储器。

2 转换与读／写控制

2．1 转换控制

DS2450的转换控制首先通过其DATA端串行送出转换命令字［3CH］，然后送出通道选择字和预置控制字，最后启动A／D转换器进行转换。DS2450的通道选择字和预置控制字的各位含义如表1所列。

在通道选择字中，对应位为1表示该通道参与转换。在同时选择多个通道时，其转换顺序为A→B→C→D，未选中的通道将被跳过。其A／D转换的时间可近似为：

转换时间＝通道数×转换精度位数×80μs＋160μs。

当所有通道转换完毕后，系统将发出读存储器命令以获得转换结果和对应的状态。

预置控制字可用于对相应通道的转换结果存储器进行预置。当SET、CLR＝00时，为不预置，即保持上次转换值；当SET、CLR＝01时，转换前预置为全0；当SET、CLR＝10时，预置为全1；而SET、CLR＝11为无效组合。

2．2 存储器读／写控制

读存储器命令可用于读取转换结果、工作状态和门限设定值等。总线管理器首先送出读存储器命令字［AAH］，然后送出两字节的16位“起始数据”存储器地址，并在总线上读取一个字节的数据后，地址自动加1，紧接着读取下一个数据；当一页读完后，随后读取的两个字节为内部自动产生的16位循环冗余校验码，它是由前面送出的命令字、地址和读取的存储器数据并根据下列表达式生成的：

CRC16＝X16＋X15＋X2＋1

写存储器命令主要针对第1页和第2页存储器，其目的是写入各通道的工作方式控制字和对应通道的高、低门限设定值。总线管理器首先送出写存储器命令字［55H］，然后送出两字节的16位存储器起始地址，接着逐个送出要写入的数据，其地址也是自动加1。若在刚写完一个数据后执行读操作，读出的数据应刚好为前一次写入的数据，可利用这一特点对写入和读出的数据进行比较，以判断传输的正确性。

如果在软件校验时发现读／写中的传输错误，则必须对DS2450芯片进行初始化，并重新进行读／写操作。

2．3 DS2450的工作时序

DS2450的一线工作协议流程是：初始化→ROM功能命令→存储器读写／转换控制功能命令→传输数据。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序，图2给出了普通工作模式下的工作时序。

3 DS2450与单片机的典型接口设计

图3是MCS－51系列单片机与DS2450的典型连接电路。其中DS2450的DATA端接AT89C51的P1．0，该电路采用外接电源供电方式，其DS2450的VCC端用 5V电源供电。此例仅对D通道进行A／D转换，AIN－D接模拟信号输入；AIN－A和AIN－B外接上拉电阻到电源，其输出可作为D通道的高、低限报警信号。

如果单片机系统所用的晶振频率为12MHz，那么可根据DS2450的初始化时序、写时序和读时序来分别编写三个子程序：其中INIT为初始化子程序，可用于发送复位脉冲并接收存在脉冲；WRITE为写（命令或数据字节）子程序；READ为读数据子程序。所有要读写的命令或数据字节均被放在A寄存器中。

通过主机控制DS2450来完成A／D转换一般要经过以下几个步骤：初始化、发ROM功能命令和相应的64位光刻ROM数据、选中特定芯片、写入工作方式控制字和高／低限门限值、发转换控制命令、读取转换值及状态等。

如果将D通道设定为5．1V输入范围，转换精度为12位，高报警门限为3．0V（96H），低报警门限为2．0V（64H），并将通道A和通过B作为报警输出，最后将转换结果放在30H和31H处，那么其子程序CTLAD的具体程序清单如下：