一线式A/D转换器DS2450的原理与应用

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来源：本站整理作者：佚名 2010-04-08 18:13:26

1前言
    DS2450是DALLAS公司生产的一线式4通道逐次逼近式A/D转换器，其输入电压范围、转换精度位数、报警门限电压可编程；每个通道有各自的存储器以存储电压范围设置、转换结果、门限电压等参数；普通方式下串行通信速率达16.3kbps，超速工作时速率达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引脚SOIC小体积封装形式，既可用单5V电源供电，也可采用寄生电源方式供电。电路正常工作时仅消耗2.5mW功率，不工作时消耗25μW。多个DS2450或其他功能的具有MicroLAN接口的一线式芯片可以并联，CPU只需一根端口线就能与诸多一线式芯片通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。
2DS2450的引脚排列和内部结构
    DS2450为8引脚SOIC型封装，其管脚功能如下：
    1脚（VDD）：工作电源接入端
    2脚（N.C）：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

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图1 DS2450的内部结构

DS2450的内部结构如图1所示。光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS2450的地址序列码；64位光刻ROM的排列是：开始8位（20H）是产品类型标号，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的作用是使每一个一线式器件的地址都各不相同，以便实现一根总线上挂接多个一线式电路。
    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引脚对DS2450提供7个ROM功能控制命令（8位）之一：（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，串行通信速率可高达142kbps。如果多个器件连接在一线上，这些命令对每个器件的64位ROM部分进行操作，并挑选出一个特定的器件。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的命令，所有命令或数据的读/写均从最低位开始。
3存储器组织方式
    DS2450内部有24个地址毗连的8位存储器，可将其分成3页，每页8字节。DS2450的存储器组织方式及各位含义如表1所示（高位地址为00H）。
    第0页为A/D转换结果存储器，每个通道占2个字节16位，芯片上电复位时该页清0；其中00H、01H存储A通道转换结果，LSBA为最低位，MSBA为最高位；02H、03H存储B通道转换结果;04H、05H存储C通道转换结果;06H、07H存储D通道转换结果，对应位含义与A通道相同。
    第1页为A/D转换控制与状态存储器，08H、09H对应于A通道，其余通道依次类推，各位含义相同。RC3、RC2、RC1、RC0的组合控制A/D转换的精度位数，0000为16位、0001为1位、……、1111为15位；特别值得注意的是，若控制转换精度不足16位，则在转换结果的“低位”补0，凑足16位，因此读出结果的16位值中,哪些是有效位与RC3、RC2、RC1、RC0的组合有关。对于用作模拟量输入的通道，输出使能位OE必须为0，否则模拟输入不被接受，转换结果始终全为0，而此时输出控制位OC可以不必关心。不用作模拟量输入的通道可以作为漏极开路的数字输出端，外接上拉电阻器和工作电源，在输出使能位OE=1时，若输出控制位OC写入1，则输出高电平，OC写入0，则输出低电平。IR控制输入电压范围，IR=1时模拟输入高限为5.10V，IR=0时输入高限为2.55V。AEH、AEL分别为高、低门限电压报警允许控制端；AFH、AFL分别为模拟输入是否超过规定的高门限、低于规定的低门限的状态指示位，若输入超限，相应位自动置1。上电复位标志位POR与通道无关，上电复位时4个POR自动置1，说明控制字和门限值等未准备好，该位可用软件清0。表中为0的位无效，读出时始终为0且不能写入1。DS2450上电复位时，默认的控制/状态数据的低位为08H、高位为8CH，即4个通道均作为模拟输入通道、8位转换精度、输入高限2.55V、允许高低限报警。
    第2页为各通道输入高/低限报警值存储器，10H存放A通道低门限8位报警值、11H存放A通道高门限8位报警值，其余通道依次类推，各位含义相同。在判断是否超限时，只将存储的门限值与转换结果的高8位进行比较，然后自动改变AFH、AFL的状态。上电复位时，高限值自动设置为FFH，低限值自动设置为00H。
4转换与读/写控制
4．1转换控制
    通过DS2450的DATA端串行送出转换命令字[3CH]，随后送出通道选择字和预置控制字，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2所示。
    在通道选择字中，对应位为1表示该通道参与转换。同时选择多个通道时，其转换顺序为A→B→C→D，未选中的通道被跳过。其A/D转换的时间可用下式近似计算：转换时间=通道数×转换精度位数×80μs＋160μs。当所有通道转换完毕，发读存储器命令可以获得转换结果和对应的状态。