单片机与单总线A/D转换器DS2450的接口设计

　　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：

　　CTLAD：LCALLINIT；发复位脉冲并接收存在脉冲

　　如果一线上挂接有多个DS2450以及其他单总线接口芯片，那么采用寄生电源供电和超速模式工作且要求在通讯中进行校验的子程序CTLAD的编写可能会复杂一些。