一線(xiàn)式A/D轉換器DS2450的原理與應用

1前言
DS2450是DALLAS公司生產(chǎn)的一線(xiàn)式4通道逐次逼近式A/D轉換器，其輸入電壓范圍、轉換精度位數、報警門(mén)限電壓可編程；每個(gè)通道有各自的存儲器以存儲電壓范圍設置、轉換結果、門(mén)限電壓等參數；普通方式下串行通信速率達16.3kbps，超速工作時(shí)速率達142kbps，片內16位循環(huán)冗余校驗碼生成器可用于檢測通信的正確性；DS2450采用8引腳SOIC小體積封裝形式，既可用單5V電源供電，也可采用寄生電源方式供電。電路正常工作時(shí)僅消耗2.5mW功率，不工作時(shí)消耗25μW。多個(gè)DS2450或其他功能的具有MicroLAN接口的一線(xiàn)式芯片可以并聯(lián)，CPU只需一根端口線(xiàn)就能與諸多一線(xiàn)式芯片通信，占用微處理器的端口較少，可節省大量的引線(xiàn)和邏輯電路。
2DS2450的引腳排列和內部結構
DS2450為8引腳SOIC型封裝，其管腳功能如下：
1腳（VDD）：工作電源接入端
2腳（N.C）：空引腳
3腳（DATA）：串行數據輸入/輸出端
4腳（GND）：接地端
5腳（AIN－A）：A路模擬電壓輸入端
6腳（AIN－B）：B路模擬電壓輸入端
7腳（AIN－C）：C路模擬電壓輸入端
8腳（AIN－D）：D路模擬電壓輸入端

圖1 DS2450的內部結構

DS2450的內部結構如圖1所示。光刻ROM中的64位序列號是出廠(chǎng)前被光刻好的，它可以看作是該DS2450的地址序列碼；64位光刻ROM的排列是：開(kāi)始8位（20H）是產(chǎn)品類(lèi)型標號，接著(zhù)的48位是該DS2450自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8＋X5＋X4＋1）。光刻ROM的作用是使每一個(gè)一線(xiàn)式器件的地址都各不相同，以便實(shí)現一根總線(xiàn)上掛接多個(gè)一線(xiàn)式電路。
對于一線(xiàn)端口，在ROM功能建立之前，其它功能是無(wú)法實(shí)現的?？偩€(xiàn)控制器必須首先通過(guò)DATA引腳對DS2450提供7個(gè)ROM功能控制命令（8位）之一：（1）讀ROM，命令字[33H]；（2）匹配ROM[55H]；（3）搜索ROM[F0H]；（4）跳過(guò)ROM[CCH]；（5）條件搜索ROM[ECH]；（6）超速跳過(guò)ROM[3CH]；（7）超速匹配ROM[69H]。其中，超速跳過(guò)ROM或超速匹配ROM命令執行后，串行通信速率可高達142kbps。如果多個(gè)器件連接在一線(xiàn)上，這些命令對每個(gè)器件的64位ROM部分進(jìn)行操作，并挑選出一個(gè)特定的器件。對選中的DS2450，執行下一步的A/D轉換控制命令以及讀寫(xiě)存儲器的命令，所有命令或數據的讀/寫(xiě)均從最低位開(kāi)始。
3存儲器組織方式
DS2450內部有24個(gè)地址毗連的8位存儲器，可將其分成3頁(yè)，每頁(yè)8字節。DS2450的存儲器組織方式及各位含義如表1所示（高位地址為00H）。
第0頁(yè)為A/D轉換結果存儲器，每個(gè)通道占2個(gè)字節16位，芯片上電復位時(shí)該頁(yè)清0；其中00H、01H存儲A通道轉換結果，LSBA為最低位，MSBA為最高位；02H、03H存儲B通道轉換結果;04H、05H存儲C通道轉換結果;06H、07H存儲D通道轉換結果，對應位含義與A通道相同。
第1頁(yè)為A/D轉換控制與狀態(tài)存儲器，08H、09H對應于A(yíng)通道，其余通道依次類(lèi)推，各位含義相同。RC3、RC2、RC1、RC0的組合控制A/D轉換的精度位數，0000為16位、0001為1位、……、1111為15位；特別值得注意的是，若控制轉換精度不足16位，則在轉換結果的“低位”補0，湊足16位，因此讀出結果的16位值中,哪些是有效位與RC3、RC2、RC1、RC0的組合有關(guān)。對于用作模擬量輸入的通道，輸出使能位OE必須為0，否則模擬輸入不被接受，轉換結果始終全為0，而此時(shí)輸出控制位OC可以不必關(guān)心。不用作模擬量輸入的通道可以作為漏極開(kāi)路的數字輸出端，外接上拉電阻器和工作電源，在輸出使能位OE=1時(shí)，若輸出控制位OC寫(xiě)入1，則輸出高電平，OC寫(xiě)入0，則輸出低電平。IR控制輸入電壓范圍，IR=1時(shí)模擬輸入高限為5.10V，IR=0時(shí)輸入高限為2.55V。AEH、AEL分別為高、低門(mén)限電壓報警允許控制端；AFH、AFL分別為模擬輸入是否超過(guò)規定的高門(mén)限、低于規定的低門(mén)限的狀態(tài)指示位，若輸入超限，相應位自動(dòng)置1。上電復位標志位POR與通道無(wú)關(guān)，上電復位時(shí)4個(gè)POR自動(dòng)置1，說(shuō)明控制字和門(mén)限值等未準備好，該位可用軟件清0。表中為0的位無(wú)效，讀出時(shí)始終為0且不能寫(xiě)入1。DS2450上電復位時(shí)，默認的控制/狀態(tài)數據的低位為08H、高位為8CH，即4個(gè)通道均作為模擬輸入通道、8位轉換精度、輸入高限2.55V、允許高低限報警。
第2頁(yè)為各通道輸入高/低限報警值存儲器，10H存放A通道低門(mén)限8位報警值、11H存放A通道高門(mén)限8位報警值，其余通道依次類(lèi)推，各位含義相同。在判斷是否超限時(shí)，只將存儲的門(mén)限值與轉換結果的高8位進(jìn)行比較，然后自動(dòng)改變AFH、AFL的狀態(tài)。上電復位時(shí)，高限值自動(dòng)設置為FFH，低限值自動(dòng)設置為00H。
4轉換與讀/寫(xiě)控制
4．1轉換控制
通過(guò)DS2450的DATA端串行送出轉換命令字[3CH]，隨后送出通道選擇字和預置控制字，啟動(dòng)A/D轉換器進(jìn)行轉換。DS2450的通道選擇字和預置控制字的各位含義如表2所示。
在通道選擇字中，對應位為1表示該通道參與轉換。同時(shí)選擇多個(gè)通道時(shí)，其轉換順序為A→B→C→D，未選中的通道被跳過(guò)。其A/D轉換的時(shí)間可用下式近似計算：轉換時(shí)間=通道數×轉換精度位數×80μs＋160μs。當所有通道轉換完畢，發(fā)讀存儲器命令可以獲得轉換結果和對應的狀態(tài)。

表2DS2450的通道選擇字和預置控制字的各位含義

（a）初始化時(shí)序

（b）寫(xiě)時(shí)序

（c）讀時(shí)序
圖2DS2450的工作時(shí)序圖