基于ADμC812的在系统可编程数据采集电路的设计

1在系统可编程

在系统可编程（In System Programmable,ISP）技术使得使用者能够在目标系统中，或者在电路板上对可编程器件进行编程或反复编程。这个编程过程可在系统的开发、制造过程中甚至在应用现场进行。

在系统可编程器件的编程通常通过PC机实现。在编程过程中，器件无需从电路板上拔除，所需要的编程电压与器件的工作电压相同，不需要专门的编程器支持。

2ADμC812介绍

2.1ADμC812的总体介绍

ADμC812是一种把8位微控制器（指令集与8051微控制器兼容）和12位A/D转换器以及12位D/A转换器等外围电路集成在一块芯片上的12位数据采集集成电路，他的结构框图如图1所示。

芯片中与8051兼容的CPU由在片8 kB FLASH/EE程序存储空间，640 B FLASH/EE和256 B SRAM数据存储空间支持。

在模拟信号处理方面，ADμC812提供8通道、12位、200 KSPS的A/D转换器；提供2通道、1 2位的D/A转换器。芯片还提供上述转换所需要的参考电源，同时具有转换结果的校准能力。

ADμC812其他外围功能包括监视定时、通用定时/计数、电源管理、ADC转换结果的直接存储（DMA）等功能。在数字信号传输方面，该芯片提供4个8位并行I/O接口、与SPI兼容的串行接口和标准UART串行接口。

2.2外部存储器接口

ADμC812可以访问64 K外部程序存储器和16 M外部数据存储器。对外部程序存储器的访问与标准的8051芯片相同。对容量达16 M外部数据存储器的访问电路图如图2所示。要访问1 6 M数据存储器需要24条地址线，ADμC812的数据指针（DPTR）由3个特殊存储器（DPP，DPH和DPL）组成。在访问数据存储器时，首先分别通过P0口和P2口送出特殊存储器DPL和DPP中的地址，他们由ALE信号控制锁存，然后再由P2口提供特殊存储器DPH中的地址，通过上述2个步骤产生 24位地址信号。

2.3A/D转换的DMA工作模式

A/D转换的DMA工作模式允许A/D转换的结果不通过CPU直接进入外部数据存储器，他使得A/D转换的速率达到200 KSPS。

在这个模式工作期间，CPU可以继续执行程序代码，但是不能访问P0口和P2口。在进入这个模式工作前，外部数据存储器应被写入待进行A/D转换的通道号。一个标准A/D转换的DMA工作模式包含以下3个步骤：
　　(1)从外部数据存储器读取待转换的通道号。
　　(2)完成该通道的A/D转换。
　　(3) 把该通道的4位通道号和12位A/D转换结果组合成2个8 B存储到外部数据存储器。

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上述过程是以流水线方式工作以保证200 KSPS的A/D转换速率。

2.4ADμC812的在系统可编程

ADμC812的存储器采用FLASH/EE存储技术，这种技术把EPROM存储器的高密度特点和E2P ROM存储器的在线可重复编程特点结合在一起。FLASH/EE存储器技术使得ADμC812可以在在线情况下被装入程序代码。在线载入程序代码是通过芯片的标准UART串行接口实现的，因此这个过程也被称作串行下载。应用ADμC812的串行下载能力，用户可以在不把芯片从系统上取下来的情况下对其进行编程，而且编程过程并不需要编程器提供支持。基于这样的串行下载能力，ADμC812可以在应用现场很方便地对他内部的应用程序进行升级。

ADμC812串行下载工作模式可以通过在加电时或者手工复位时把芯片管脚（PSEN）通过一个电阻（典型值为1 kΩ）接地来进入。当进入串行下载工作模式，芯片的下载过程将启动。这个过程完成对芯片标准UART串行接口的配置、与管理下载过程的主机通信、准备接收下载程序代码到片内程序存储空间。程序下载时的编程电压和ADμC812正常工作时的电压相同，工作电压范围为2.7~5.5 V，不需要专门的高编程电压。

ADμC812 QuickStart开发系统支持串行下载的执行，他的工作不需要硬件支持。开发系统不仅支持串行下载，也支持程序调试和仿真，其内容包括单步、断点和全部在片外围的调试。ADμC812 QuickStart开发系统基于Windows操作系统工作，他与ADμC812的通信通过PC机的串行口（COM）实现。管理下载过程的主机也可以使用其他型号微处理器或者DSP芯片。

串行下载时数据块传输的格式为：

通过串行下载实现的数据传输，ADμC812 QuickStart开发系统可以完成ADμC812片内FLASH / EE程序存储器的擦除、片内FLASH/EE数据存储器的擦除、片内FLASH/EE程序存储器的编程、片内FLASH/EE数据存储器的编程和控制下载到片内FLASH/EE程序存储器的程序代码的执行。为简化FLASH/EE存储器的串行编程过程，在ADμC812芯片中嵌入了一个下载/调试模块。

3电路硬件设计

以ADμC812为核心在系统可编程数据采集电路原理图如图3所示。电路主要包括ADμC812与管理下载过程的PC机的串行通信电路、系统复位电路、A/D转换器的驱动电路、D/A转换器的缓冲电路和系统供电去耦电路。

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ADμC812 QuickStart开发系统通过PC机的串行口（COM）、芯片的标准UART串行接口实现与ADμC812芯片通信。当应用PC机通过串行编程模式向 ADμC812芯片下载程序代码时需要一个外部装置完成TTL/CMOS电平到RS 232电平之间的转换。AD公司的ADM202是一种双通道RS 232驱动/接收芯片，他的内部有一个高效率的电荷泵，借助外部0.1 μF的电 容，如图3所示ADM202外部连接的5个电容，该芯片仅用一个+5 V电源即可产生满足RS 232 电平要求的输出。

前面介绍了一种采用ADμC812单片机芯片设计的具有在系统可编程能力的数据采集电路。 该电路可以方便地在应用现场对系统进行升级，而且在设计调试阶段不需要专用硬件开发设 备和编程设备的支持。有效地解决了系统的升级，尤其是移动设备的系统开发和升级问题。

参考文献
1］ ADμC812MicroConverter.○R,Multichannel12Bit ADC with Embed ded FLASH MCU. Technical Data Sheet.Analog Device Inc,2002 .
2］ ADM202/ADM203Highspeed,5V,0.1μFCMOSRS 232 Driver/Receiver Technical Data Sheet. Analog.Devices Inc, 2001.