摘 要： 簡介了DS2450 A/D轉換器的主要特性、工作原理、單總線協議及其設置方法，并具體介紹了DS2450在工程應用中與計算機的接口技術和軟件編制特點。
關鍵詞： DS2450 A/D轉換器 單總線技術 接口技術
DS2450是美國達拉斯(Dallas)半導體公司1999年新推出的符合單總線協議的四路A/D轉換器。每個輸入通道有各自的寄存器組來存儲輸入電壓的范圍、分辨率和報警門限值以及當輸入電壓偏離指定范圍時的使能標志。DS2450可與單片機端口的一個引腳(如P1.0)直接相連；也可與PC機的RS232串行口經適配器轉換后相連，且可掛上多個DS2450，使用很方便。下面介紹DS2450的主要特性與工程應用。
1 DS2450主要特性
· 用戶可編程設置輸入范圍(2.56V，5.12V)、分辨率(1～16位)和報警門限；
· 單電源工作(5V)；
· 很低的功耗：工作時2.5mW，空閑時2.5μW；
· 內置多點控制器允許在一條公共單總線上對多個DS2450識別和操作；
· 響應模擬電壓超過報警門限時的條件查找；
· 未用作模擬輸入的通道可用作閉環(huán)控制的漏極開路的數字輸出；
· 直接與微處理器端口的一個引腳相連，并以16.3kbps的速率通信；
· 超速模式下通信速率可達142kbps；
· 片上16位CRC生成器能確保數據傳輸的正確性；
· 出廠前激光刻錄和經過測試的64位唯一注冊號(8位族碼+48位序列號+8位CRC校驗碼)能保證絕對的跟蹤能力，因為沒有兩個部分是相似的；
· 8位族碼規(guī)定了器件與總線命令者通信的需求；
· 工作溫度范圍從－40°C～+85°C；
· 緊湊，低成本，8引腳SOIC表面安裝封裝。
2 引腳說明
DS2450為8腳貼片式封裝，如圖1所示。
3 DS2450工作原理與設置
3.1 原理框圖
DS2450單總線四路A/D轉換器是一個具有四選一多路轉換開關的逐次逼近A/D轉換器。其內部組成原理框圖如圖2所示。
圖2中上部是工作電源。器件通過單總線或者從VCC引腳取得功率。如果不用VCC供電，器件在單總線為高期間把能量儲存在一個內部電容器上，并且在單總線為低期間繼續(xù)以“寄生”功率為動力工作，直到單總線為高時才補充寄生(電容器上)能量。這就提供了足夠的能量。要進行A/D轉換，需要將單總線強上拉到5V，或者使用VCC供電。中部4個方框是單總線協議控制和CRC校驗。每一個 DS2450出廠前用激光刻錄注冊號，此注冊號包含一個唯一的48位序列號、一個8位CRC校驗碼和一個8位族碼(20H)。DS2450的64位ROM部分不僅是器件絕對唯一的電子標識，而且是定位和尋址器件以實現控制功能的一種手段。CRC(Cyclic Redundancy Check)稱為循環(huán)冗余碼檢測，是數據通信中校驗數據傳輸是否正確的一種常用方法。下部3個方框是A/D轉換器及選通和控制電路。
3.2 單總線協議
DS2450采用達拉斯公司數據傳輸的單總線協議。與DS2450的通信需要一根雙向線，典型地可以是單片機端口的一個引腳。單總線協議的層次結構如圖3所示。單總線命令者首先必須發(fā)送七個ROM功能命令中的一個命令。七個ROM功能命令分別是：①讀ROM(讀取64位注冊號)；②匹配ROM(總線上有多個DS2450時，尋址某個DS2450)；③查找ROM(系統(tǒng)首次啟動后，需識別總線上各器件)；④條件查找ROM(只查找輸入電壓超過設置的報警門限值的DS2450)；⑤跳過ROM(總線上只有一個DS2450時，跳過讀ROM命令直接向器件發(fā)送命令，以節(jié)省時間)；⑥超速跳過ROM(超速模式下跳過讀ROM命令)；⑦超速匹配ROM(超速模式下尋址某個DS2450)。在成功執(zhí)行上述命令之一后，總線命令者可發(fā)送任何一個可使用的命令來訪問存儲和控制功能。所有數據的讀寫都是從最低位開始的。
3.3 器件存儲器
DS2450所有的寄存器都映射到一個由相鄰24個字節(jié)組成的線性內存范圍內，分為3頁，每頁8字節(jié)。第一頁叫做轉換讀出頁，內部邏輯將轉換結果放在此內存區(qū)域以讓總線命令者讀取。從通道A最低地址00開始，每個通道有一個16位的區(qū)域用來存放轉換結果，如表1所示。為節(jié)省篇幅，表1、表2、表3只列出了通道D。
上電時轉換讀出寄存器缺省為全零。不管分辨率如何，轉換結果的最高位總是在同一位置。如果分辨率小于16位，轉換結果的低位將用零填充來產生一個16位結果。對于不需要四路模擬輸入的應用，應當將D作為第一個通道，C作為第二個通道，依次類推。這樣做的優(yōu)點是當讀取轉換結果時，可以較快地到達頁尾和讀取CRC16，并且可使單總線上的流量最小。
通道控制和狀態(tài)信息存于第二頁，如表2所示。其第一字節(jié)的低四位控制A/D轉換位數，如1111為15位。位5不起作用，始終為0。位6為輸出控制，OC為0該通道可以輸出。位7是輸出使能，OE為1表示通道可控。第二字節(jié)的位0選擇輸入電壓的范圍。當IR為0時，是2.55V。當IR為1時，是5.10V。位1不起作用，讀出總是0，且不能置為1。位2和位3分別是AEL(低限報警使能)和AEH(高限報警使能)，控制器件是否將響應條件查找(見ROM功能)。位4和位5分別是報警標志AFL(低)和AFH(高)，告訴總線命令者在上次轉換中輸入電壓是否超過了最低或最高門限。如果新的轉換不產生報警，那么這些標志將自動清除，也可不通過轉換而由總線命令者寫為0。位6讀出總是0，且不能置為1。位7為器件上電復位狀態(tài)，當器件執(zhí)行上電復位周期時，POR自動置為1。如果該位為1，器件將總是響應條件查找命令，以便通知命令者控制和門限數據不再有效，但不會產生一個復位周期。上電完畢后，總線命令者需將POR位置為1。該過程可與恢復控制和門限數據一起進行。因為POR位與器件而不是具體通道有關，因此使用的是最近一次的設置值。上電時每個通道的控制/狀態(tài)數據的第一個字節(jié)為08H，第二個字節(jié)為8CH。
每個通道的報警門限電壓存于第三頁，見表3。低報警門限位于第一字節(jié)，低報警門限上電時缺省為00H，高報警門限為FFH。報警設置總是8位。當分辨率大于或等于8位時，如果轉換結果比存儲在高報警寄存器(AFH)中的值大，或者比存儲在低報警寄存器(AFL)中的值小，那么就會設置報警標志。當分辨率低于8位時，忽略報警寄存器的最低位。
地址18到1F為第四頁，工廠校準時使用該頁。用戶可以通過讀內存和寫內存命令來訪問該頁，該頁數據的改變會使DS2450校準失靈或者失去功能。如果DS2450由VCC供電，那么必須在上電完畢后向地址1C寫入十六進制40來使模擬電路永久地保持在工作狀態(tài)。
4 工程應用
在單總線系統(tǒng)中，掛上DS2450A/D轉換器后，則可通過傳感器把各種物理量變?yōu)閿底纸泦慰偩€送計算機進行處理了。圖4展示了以PC機作控制時的氣象監(jiān)測系統(tǒng)的部分示意圖。圖5是以單片微機作控制時的環(huán)境測控系統(tǒng)的部分示意圖。
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5 軟件設計
為保證數據可靠地傳送，任一時刻單總線上只能有一個控制信號或數據。進行數據通信時應符合單總線協議，計算機對某一測控對象操作時，一般有以下四個過程：(1)初始化信號；(2)傳送ROM命令；(3)傳送RAM命令；(4)數據交換。每次傳送的數據或命令是由一系列的時序信號組成的，單總線上共有四種時序信號：(1)初始化信號(復位信號)；(2)寫0信號；(3)寫1信號；(4)讀信號。軟件設計時要產生這四種時序信號波形。
在單總線系統(tǒng)中，軟件設計是技術的關鍵。簡潔的硬件配置是靠復雜的軟件來支撐的。隨著主控計算機的不同，可分為PC機控制和單片機控制兩種情況。
5.1 PC機控制
在這種情況下，使用達拉斯公司授權軟件開發(fā)商(ASDs)的TMEX套裝軟件開發(fā)工具來進行軟件設計。上述四種時序信號波形程序已包含在TMEX中，編程時可直接調用。TMEX其實是一些動態(tài)鏈接庫，提供了對單總線芯片進行訪問和控制的函數，它支持Microsoft Windows及DOS的各種軟件平臺，可采用C、C++、Borland Delphi、Microsoft Access和Visual Basic等可視化編程語言來開發(fā)；還支持DS9097U通用串行口轉換器、DS9097、DS9087E及“真正”接地串行口轉換器和DS1410E、DS1410D并行轉換口。因此，可以設計精美、生動的界面，既可看到監(jiān)控系統(tǒng)的總布局圖，又可查看某個監(jiān)控現場的狀態(tài)數據和指示信號，達到了現代化、自動化的管理水平。
5.2 單片機控制
在這種情況下，要采用單片機的匯編語言編程。根據單總線協議的規(guī)定，要編寫產生上述的四種時序信號波形的程序，手冊中對這四種波形參數(如脈沖上升時間、寬度和間隙等)都作了具體的要求，設計中應保證指令執(zhí)行時間小于或等于時序信號中的最小時間。由于使用匯編語言編寫單總線的系統(tǒng)程序和具體的應用程序，相比之下，要比使用PC機控制麻煩多了。
參考文獻
1 Dallas. Products Data Book，1999(網絡版)
2 Dallas. Application Net Book，1999(網絡版)
3 吳江，陳尚松. 單總線技術在測控系統(tǒng)中的應用. 電測與儀表，1999(9)