一種新型單片機MSC1210及其應用

　　摘要：主要介紹內核兼容8051的MSC1210單片機結構特點(diǎn)，其高性能ADC、片內存儲器以及Flash編程應用等功能。

    關(guān)鍵詞：MSC1210 ADC PGA Flash

    實(shí)際應用系統往往需要進(jìn)行高精度的測量，同時(shí)還必須進(jìn)行實(shí)時(shí)快速控制，提高其開(kāi)發(fā)效率。為此人們常采用高精度A/D芯片加帶ISP開(kāi)發(fā)功能的單片機系統來(lái)實(shí)現。德州儀器（TI）的MSC1210單片機解決了上述問(wèn)題。它集成了一個(gè)增強型8051內核、高達33 MHz的時(shí)鐘周期、8路24位高精度∑-△A/D轉換器、Flash存儲器等，其系統功能和結構框圖如圖1所示。

MSC1210具有以下主要特性：

　　◇ 3個(gè)16位的定時(shí)器，16位PWM波輸出；

　　◇ 多達21個(gè)中斷源；

　　◇ 32個(gè)數字輸入/輸出端口，帶有看門(mén)狗；

　　◇ 8路ADC提供24位分辨率可編程的無(wú)丟失碼解決方案;

　　◇ 可編程增益放大（PGA）在1～128之間可調，極大提高了ADC精度；

　　◇ 供電電源2.7~5.25 V，在3 V時(shí)功耗低于4 mW，停止方式電流小于1μA；

　　◇ 內核兼容8051，指令與8051完全兼容，可以使用原有8051開(kāi)發(fā)系統；

　　◇ 時(shí)鐘頻率可達33 MHz，單周期指令執行速度達8 MIPS，執行速度比標準8051快3倍；

　　◇ 高達32 KB的Flash存儲器，SRAM達1.2 KB，外部可擴展至64 KB存儲器；

　　◇ Flash在電壓低達2.7 V時(shí)仍可串行或并行編程，可10萬(wàn)次擦除/寫(xiě)操作；

　　◇ 具有32位累加器；

　　◇ 有電源管理功能，能夠進(jìn)行低電壓檢測，在片上電復位；

　　◇ 帶FIFO的SPI端口，雙UART；

　　◇ 64TQFP封裝，MSC1210系列的硬件和引腳完全兼容，必要時(shí)可以互換。

1 內核兼容8051但速度更快功能更強

　　MSC1210系列的所有指令功能與標準8051相同，對位、標志和寄存器的影響相同，但時(shí)序不同。MSC120單片機使用精簡(jiǎn)的8051內核，在同樣的外部時(shí)鐘作用下，其執行速度比標準8051快1.5~3倍(每條指令有4個(gè)時(shí)鐘周期與12個(gè)時(shí)鐘周期的區別)。在同樣的指令和時(shí)鐘下，速度提高到2.5倍以上。因此，一個(gè)時(shí)鐘為33 MHz的MSC1210執行速度與一個(gè)時(shí)鐘為82.5 MHz的標準8051相同，其區別可以從圖2看出；而且MSC1210的定時(shí)器和計數器可以選擇每12個(gè)或4個(gè)時(shí)鐘周期計數一次。

　　MSC1210提供了雙數據指針(DPTR)加速數據塊的移動(dòng)速度，它能根據外部存儲器的速度調節讀寫(xiě)速度，在2～9個(gè)指令周期之間變化；它還提供給外部存儲器16位地址總線(xiàn)(P0和P2)。低位地址通過(guò)P0口復用得到，硬件可以控制P0和P2口是作為地址線(xiàn)還是作為通用的I/O。

　　為了更好地提高效率，外圍設備也在8051基礎上作了改進(jìn)。如SPI端口就增加了FIFO，使得傳輸數據有了緩沖區間。32位累加器的使用在處理ADC采樣或其它數據源來(lái)的多字節數據時(shí)將大大減輕CPU的負擔，使得24位加法和移位可以在幾個(gè)指令周期內完成，而無(wú)需通過(guò)軟件用數百個(gè)指令周期來(lái)完成。

　　MSC1210系列的硬件和引腳完全兼容，對用戶(hù)而言，唯一的區別在于內存配置不同。MSC1210Y2上編寫(xiě)的程序代碼可以直接在MSC1210Y3、MSC1210Y4、MSC1210Y5上執行。用戶(hù)可以在軟件功能上增減并配以不同的CPU型號，MSC1210已成為一個(gè)擁有幾個(gè)不同應用平臺的標準設備。

MSC1210的開(kāi)發(fā)工具與8051的開(kāi)發(fā)系統完全兼容，用戶(hù)可以使用原有的8051開(kāi)發(fā)系統，也可以使用DEMO板帶的開(kāi)發(fā)系統或者第三方支持者提供的開(kāi)發(fā)工具。

2 24位高分辨率ADC通道

　?。?）ADC的輸入多路復用器及輸入緩沖

    輸入多路復用器允許不同輸入信號通過(guò)選擇輸入通道進(jìn)行組合，如AIN0被選為ADC輸入正端，其它任何通道可以選為ADC輸入負端。用這種方式可以組成8個(gè)完整的ADC輸入通道，也可以在差分輸入通道間切換極性。片上的二極管可以提供溫度測量，當輸入多路復用器的寄存器置為全“1”時(shí)，二極管被接入ADC通道的輸入端開(kāi)始測量溫度。

　　MSC1210在沒(méi)有緩沖區時(shí)輸入電阻為5M/PGA，緩沖區由ADC控制寄存器中的BUF位控制。當沒(méi)有選擇輸入緩沖區時(shí)，模擬輸入阻抗與時(shí)鐘頻率(ACLK)和增益(PGA)有關(guān)，其關(guān)系式為

　　其模擬輸入通道的等效結構如圖3所示。

　?。?）可編程增益放大器PGA

　?、?PGA：可編程增益放大PGA可以設為1、2、4、8、16、32、64、128，使用PGA確實(shí)能提高ADC的分辨率。當PGA=1，量程范圍為5 V時(shí)，ADC能分辨到1μV；當PGA=128，量程范圍為40 mV時(shí)，ADC能分辨到75 nV；而在PGA=1時(shí)，在5 V量程范圍內需要一個(gè)26位的ADC才能分辨到76 nV。

　?、?PGA偏移DAC：ODAC寄存器是8位，它能將輸入到PGA的模擬信號偏移PGA滿(mǎn)量程的一半，其最高位為符號位，低7位提供偏移量。由于ODAC給PGA引入的是模擬量而不是數字量偏移，所以并不影響測量結果的精度。

　?。?）電壓參考基準

MSC1210的電壓參考可以是內部的也可是外部的，上電復位以后的電壓參考是內部的2.5 V，參考電壓的選擇通過(guò)ADCON0控制。片上內部參考電壓有1.25 V和2.5 V兩種可選，其精度可達0.2 %，溫漂僅為5