应用模拟微控制器简化数据采集系统研究

　　ADI公司的MicroConverter 系列精密模拟微控制器融合了多种精密模拟功能，例如：高分辨率模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）、基准电压源和温度传感器以及符合工业标准的微控制器（MCU）和内置闪存。其中ADuC7000系列产品具有ARM7? 32 bit精简指令集计算机（RISC）MCU内核，ADuC800系列产品具有符合工业标准的8052 MCU内核。 本次研讨会主要介绍ADI公司精密模拟微控制器，它包括一个ARM7? 32 bit RISC MCU内核，我们将讨论这一系列产品的功能、特性以及在多种数据集系统中应用的使用技巧。还将介绍模拟微控制器的开发工具，包括通过UART和JTAG接口实现非侵入式在线以及使用JTAG端口实现非侵入仿真。

　　这些产品的适用领域包括智能传感器、过程控制与PLC等工业领域，以及气体分析与监测、热成像、金属探测仪器等在内的精密仪器领域。它们可以直接连接传感器进行高测量，同时需要更少的模拟元件。

　　以ARM7代替8051内核的ADuC702x系列产品分成8款，它们之间代码互相兼容。它们都是基于12位的模数转换器，采样速率为1MHz，提供卓越的直流和交流性能指标以及出色的低噪声性能。内置了20ppm的基准电压，并提供了一个温度传感器，使控制器可以根据自身温度进行补偿。该ADC采用逐次逼近技术，内部的电压源和DAC决定了其。转换器的启动方法有多种，推荐使用外部启动转换引脚触发，此时延迟，其次是定时器触发，的软件触发或可编程逻辑阵列触发，可能会受到中断响应的影响。

　　内置的多通道复用器可以提供多通道以及更多的灵活性。首先可以配置成单端输入模式，此时以地为参考端。输入范围为地到Vref，需要使用抗混叠滤波器。伪差分输入模式下，一个引脚为其它引脚提供参考，伪差分输入可用于对噪声环境要求不是太高的情况，它可抑制共模噪声电压。

　　对于要求测量的应用，可使用完全差分模式，特别是信号是以共模电压为中心的小信号，这种模式有效。另外，器件的偏置和增益系数可调，以使外部的误差趋于零。

　　ARM7采用32位的精简指令集架构，指令和数据复用32位总线，集成JTAG测试端口，主频高达44MHz，单周期32位指令，性能高达45MIPS。工作在32位ARM模式下非常适合微控制器的SRAM操作，16位THUMB模式下更适合片上FLASH操作，此时具有更大的代码密度，但是限制对寄存器的访问。控制器自身是三级流水线结构，如果当前指令没有完成，可以设置后面的指令执行，即冯诺伊曼修正的哈弗架构模式，指令和数据籍由同一总线送达，寄存器地址采用线性预设，有助于编程的方便性。应当注意，与SRAM相比，FLASH具有更快的擦写时间，以及更多的擦写次数和数据保存时间。

　　ADuC7000系列产品时钟可以采用内置PLL产生和32.768kHz实时时钟获得，也可通过外置晶振产生，此时时钟范围是50kHz～44MHz。存储器的数据宽度决定了终的MIPS性能，采用预设线性地址的寄存器后，寻址变得很容易。部分产品提供与外设存储器的接口。

　　数字外设

　　PLA由2~8个逻辑单元阵列组成，其中每个单元的输入可以是任意一个GPIO引脚、时钟、计数器溢出或任意的寄存器位。输出可以作为另外一个PLA的输入或寄存器位。逻辑单元的配置可以通过软件进行。

　　ADuC7000产品提供了常见的数字端口，包括GPIO、I2C兼容接口以及改进的UART接口，它具有小数分频器以及网络寻址模式，此外还提供了SPI接口。

　　微 控制器具有四个以上的定时器，一个是倒计数的16位实时计数器，一个可以捕获中断的32位计数器，既可以递增计数也可以递减计数，一个32位的唤醒计时器，以及一个16位的看门狗计时器。

　　控制器中还集成了其它一些外设，比如电源监视器，具有两个可编程电平，在电源电压降落到这两个电平以下时触发中断。另外有上电复位以及集成了3相PWM功能。

　　ADE71xx/75xx则更适合进行电能的监测。它提供了2个ADC，4MHz的8025内核，另外有一个温度补偿的ADC，内置了50ppm/℃的参考电压。并且提供108段的LCD驱动。

　　问答选编

　　问：在强干扰的情况下， ADI的单片机还能工作正常吗？

　　答：这与系统设计有很大关系。ADI的单片机在电机控制等的恶劣环境都有成功的应用。但是，还是需要在这种环 境下加入标准的抗干扰措施。

　　问：ADuC845内部温度传感器可以到多少度？如何用它做AD转换温度补偿？

　　答：ADuC845的是+/-2度。你需要测量ADC转换误差随温度的关系，然后通过当时温度传感器测得的温度来 校正。

　　问：ADuC800系列中16位或24位sigma-delta ADC与12 位逐次逼近型ADC的区别是什么？各自的应用？

　　答：sigma-delta ADC的、线性度更高，但是它的速度很低 。它的典型应用如温度、压力等低频信号的测量。但 是SAR ADC的速度会较高。

　　问：如果用C语言开发，代码量是不是有限制？

　　答：不同型号的产品其Flash大小会不同，大部分ADuC系列产品都是62KB Flash。但是如果您使用版本的开发软件，它会有可编译的代码量的限制，要突破此限制， 需要购买相关的完整版开发软件。

　　问：ADuC7000系列在KEIL软件下能仿真吗？有没有带USB 接口的芯片？

　　答：KEIL全面支持ADuC7000系列。基于系统设计成本的考虑，ADuC7000现在还没有带USB接口的。ADuC内部带有性能非常优越的A DC和DAC，这是相对于其他芯片的优势。

　　问：为什么ADuC845AD转换在很长时间后特别是在断电开机后，数据才能达到稳定？

　　答：ADuC845中的ADC是Sigma-Delta型的，所以一般需要大约3~4个采样周期达到稳定。

　　问：模拟微控制器从哪些方面简化了数据采集系统设计？

　　答：由 于直接在芯片上集成了多路ADC和DAC，用户无论是系统成本还是设计复杂度上都得到了有效的降低。而IDE环境中也提供了相应的ADC或DAC的配置功能（甚 至仿真功能），可以让用户很直观地进行开发。

　　问：的aduc7128和以前的aduc7026的arm内核有什么不同，增加了什么新技术或新的模块？

　　答：ADuC702x和ADuC712x均具有业内标准ARM7TDMI内 核。存储器处于不同的位置，因此需要不同的连接 程 序脚本和启动文件。几个外设也不同，而且这些外设 的寄存器定义也会有所不同。

　　问：对线性采集可以用增益校正和偏移校正来完成，那么对 DAC的电压设置中出现的误差如何校正？

　　答：ADuC8xx和ADuC702x没有DAC偏移寄存器。偏移问 题的2种可能的解决方案如下：

　　1）有效补偿

　　① 在外部，将DAC输出连接到ADC输入通道上。还可 以使用内部连接ADC通道9或10。

　　② 将数值写入DAC。

　　③ 在DAC输出上进行ADC转换，并与期望值比较。

　　④ 按照要求调高或降低DAC输出。

　　2）DAC“校准”

　　利用ADC和DAC定期执行下列操作：

　　① 从DAC输出满标度，并利用ADC进行转换。

　　② 从DAC输出零标度，并利用ADC进行转换。

　　③ 计算斜率，并与理想值比较。