秦偉

（陜西理工學(xué)院 電信工程系，陜西 漢中 723003）

在某工程項(xiàng)目中需要對(duì)應(yīng)變片信號(hào)采集，傳統(tǒng)的由單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用的器件較多，系統(tǒng)復(fù)雜，成本高，系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間比較長。C8051F06x系列單片機(jī)內(nèi)部集成A/D轉(zhuǎn)換器，能大大降低系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間和成本。

1 C8051F064特點(diǎn)

C8051F064器件是完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)型MCU，片內(nèi)集成硬件資源有：兩個(gè)16位、1Msps的ADC，兩個(gè)12位DAC，具有可編程數(shù)據(jù)更新方式，控制器局域網(wǎng)（CAN2.0B）控制器，64KB或32KB可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲(chǔ)器，4352（4K+256）字節(jié)的片內(nèi)RAM，可尋址64KB地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口，5個(gè)通用的16位定時(shí)器，6個(gè)捕捉/比較模塊的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列，硬件實(shí)現(xiàn)的SPI、SMBus/IC和兩個(gè)UART串行接口，片內(nèi)看門狗定時(shí)器、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器。工作電壓為2.7～3.6V。端口I/O、/RST和JTAG引腳都容許5V的輸入信號(hào)電壓。

2 C8051F064內(nèi)部ADC介紹及工作方式設(shè)置

C8051F064的ADC子系統(tǒng)包括兩個(gè)1Msps、16位分辨率的逐次逼近寄存器型ADC，ADC中集成了跟蹤保持電路、可編程窗口檢測(cè)器和DMA接口。這兩個(gè)ADC可以被配置為兩個(gè)獨(dú)立的單端方式ADC或組成一個(gè)差分對(duì)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式、窗口檢測(cè)器和DMA接口都可用軟件通過特殊功能寄存器來控制。這兩個(gè)ADC及相應(yīng)的跟蹤保持電路可以被獨(dú)立使能或禁止（用特殊功能寄存器）。ADC控制寄存器（ADCnCN）中的ADnEN位被置為邏輯1時(shí)ADCn被使能。當(dāng)ADnEN位為邏輯0時(shí)，ADCn處于低功耗關(guān)斷方式。

2.1 ADC使用的電壓基設(shè)置

ADC0和ADC1的電壓基準(zhǔn)電路允許使用多種不同的電壓基準(zhǔn)配置。每個(gè)ADC都可以使用其專用的內(nèi)部電壓基準(zhǔn)或外部基準(zhǔn)。每個(gè)ADC的內(nèi)部電壓基準(zhǔn)電路由一個(gè)溫度穩(wěn)定性好的1.2V帶隙電壓基準(zhǔn)發(fā)生器和一個(gè)兩倍增益的輸出緩沖放大器組成。VREFn（VREF0和VREF1）引腳對(duì)AGND的最大負(fù)載必須小于100μA。實(shí)際電路中在VREFn引腳與VRGNDn之間接入0.1μF和47μF的旁路電容。

本設(shè)計(jì)選著內(nèi)部電壓基準(zhǔn)，每個(gè)ADC的電壓基準(zhǔn)電路由相應(yīng)的基準(zhǔn)控制寄存器控制。REF0CN是ADC0的基準(zhǔn)控制寄存器，REF1CN是ADC1的基準(zhǔn)控制寄存器。REFnCN寄存器用于獨(dú)立地使能/禁止每個(gè)ADC的內(nèi)部基準(zhǔn)和偏置發(fā)生器電路。BIASEn位使能每個(gè)ADC的內(nèi)部偏置發(fā)生器，而REFBEn位使能驅(qū)動(dòng)VREFn引腳的2倍增益緩沖放大器。當(dāng)被禁止時(shí)，帶隙基準(zhǔn)和緩沖放大器消耗的電流小于1μA（典型值），緩沖放大器的輸出進(jìn)入高阻狀態(tài)（約25KΩ）。如果ADC使用內(nèi)部電壓基準(zhǔn)，則ADC所對(duì)應(yīng)的BIASEn和REFBEn位必須都被置‘1’。根據(jù)上述要求設(shè)置REF0CN為“00000011”，REF1CN為“00000011”，故系統(tǒng)ADC電壓基準(zhǔn)初始化程序代碼如下：

void Voltage_Reference_Init（）{ unint i；char old_SFRPAGE=SFRPAGE；SFRPAGE=ADC0_PAGE； //轉(zhuǎn)換到ADC0頁REF0CN =0x03；//ADC0使用內(nèi)部電壓基準(zhǔn)for（i=0；i＜1000；i++）； //延時(shí)，等待VREF平穩(wěn)SFRPAGE=ADC1_PAGE； //轉(zhuǎn)換到ADC1頁

REF1CN=0x03；//ADC1使用內(nèi)部電壓基準(zhǔn)for（i=0；i＜1000；i++）；//延時(shí)，等待VREF平穩(wěn)SFRPAGE=old_SFRPAGE；//重置SFRPAGE }

2.2 ADC寄存器工作方式設(shè)置

ADC0和ADC1可以獨(dú)立地工作于單端方式或兩者組合工作在差分方式。在單端方式，兩個(gè)ADC可以被配置為同時(shí)采樣，或分別使用不同的轉(zhuǎn)換速度。在差分方式，ADC1從屬于ADC0，其配置由ADC0的配置決定，僅在偏移和增益校準(zhǔn)時(shí)例外。通道選擇寄存器AMX0SL中的DIFFSEL位為“0”用于選擇ADC工作在單端方式，DIFFSEL位為“1”選擇ADC工作在差分方式。此次設(shè)計(jì)采用單端方式工作故DIFFSEL位為“0”

3 ADC控制寄存器數(shù)據(jù)采集設(shè)置

圖1 ADC0數(shù)據(jù)采集流程圖

ADC0有4種轉(zhuǎn)換啟動(dòng)方式，由ADC0CN中的ADC0啟動(dòng)轉(zhuǎn)換方式位（AD0CM1，AD0CM0）的狀態(tài)決定。ADC1有5種轉(zhuǎn)換啟動(dòng)方式，由ADC1CN中的ADC1啟動(dòng)轉(zhuǎn)換方式位（AD1CM2～AD1CM0）的狀態(tài)決定。

本設(shè)計(jì)中均采用向ADCnCN的ADnBUSY位寫1的方式啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，ADnBUSY位在轉(zhuǎn)換期間被置‘1’，轉(zhuǎn)換結(jié)束后復(fù)‘0’。ADnBUSY位的下降沿觸發(fā)中斷（當(dāng)被允許時(shí)）并將中斷標(biāo)志ADnINT（ADCnCN.5）置‘1’。在單端方式，ADCn的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被保存在ADCn數(shù)據(jù)字的MSB和LSB寄存器：ADCnH和ADCnL中。當(dāng)通過向ADnBUSY寫‘1’啟動(dòng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)，應(yīng)查詢ADnINT位以確定轉(zhuǎn)換何時(shí)結(jié)束（也可以使用ADCn中斷）。查詢步驟如下：①寫‘0’到ADnINT；②向ADnBUSY寫‘1’；③查詢并等待ADnINT變‘1’；④處理ADCn數(shù)據(jù)。根據(jù)以上配置規(guī)則，ADC0數(shù)據(jù)采集流程圖如圖1所示，ADC1與ADC0工作方式方式相同故不再敘述。

4 結(jié)語

基于C8051F064的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)簡潔、高效。將該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用于應(yīng)變片信號(hào)采集，降低了硬件設(shè)計(jì)難度，提高系統(tǒng)的可靠性和電氣性能指標(biāo)。

［1］潘琢金，孫德龍，夏秀峰，譯.C8051F單片機(jī)應(yīng)用解析［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.

［2］何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］.北京：北京航天大學(xué)出版社，2005.