东南大学胡仁杰ADuC单片机应用.ppt
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1、ADuC812单片机原理及应用,东南大学电工电子实验中心 赵良法 Tel: 3792790 Email: zlf_,ADuC812单片机,主要性能特点 ADuC812是全集成的12位数据采集系统。它在单个芯片内,把高性能8位MCU(兼容8052) 、可重复编程的非易失性FLASH程序存储器、高性能的自校准多通道ADC和2个12位DAC等融于一体。 芯片融合了所有的从属功能以完全支持可编程数据采集核心。这些从属功能包括用户FLASH存储器、监视定时器(WDT)、电源监视器(PSM)和多种符合工业标准的并行、串行接口。 MCU内核和模拟转换器二者均有正常、空闲及掉电工作模式,提供了适合于低功率应用
2、的、灵活的电源管理方案。,ADuC812单片机,模拟 I/O 8通道,高精度12位ADC 片内40ppm/电压基准 每秒200K高速抽样 高速ADC至RAM的DMA控制器 2个12位电压输出DAC 片内温度传感器,主要功能,ADuC812单片机,存储器 8KB片内FLASH/EE程序存储器 640B片内FLASH/EE数据存储器 256B片内数据RAM 16MB外部数据地址空间 64KB外部程序地址空间,主要功能,ADuC812单片机,与8051兼容内核 12MHz额定工作频率(最大16MHz) 3个16位定时/计数器 32条可编程的I/O线 大电流驱动能力端口3 9个中断源,2个优先级,主要
3、功能,ADuC812单片机,电源 用 3V和5V电压工作 正常,空闲和掉电模式 片内外围设备 UART串行接口I/O 与I2C兼容的串行接口和SPI串行接口 看门狗定时器 电源监视器,主要功能,ADuC812单片机,功能方块图,ADuC812单片机,引脚排列,ADuC812单片机,引脚说明,ADuC812单片机,引脚说明,ADuC812单片机,引脚说明,ADuC812单片机,引脚说明,ADuC812单片机,引脚说明,ADuC812单片机系统的扩展,存储器组织 和所有8052兼容器件一样,ADuC812程序存储器和数据存储器有独立的寻址空间。 附加的640B FLASH数据存储器供用户使用,可通
4、过一组映射在特殊功能寄存器SFR范围的控制寄存器间接访问。 SFR映射到内部数据存储空间的高128B,仅通过直接寻址来访问(地址为X0H或X8H的SFR可位寻址),并提供CPU和所有片上外设间的接口。 256B的内部数据存储器为用户提供了灵活、高效的数据存储空间,具有直接寻址、间接寻址及位寻址等多种寻址方式。,ADuC812单片机系统的扩展,存储器映像,程序存储器空间,ADuC812单片机系统的扩展,存储器映像,数据存储器空间,ADuC812单片机系统的扩展,存储器映像,内部数据存储器的低128B,ADuC812单片机系统的扩展,存储器映像,ADuC812经SFR访问模式,ADuC812单片机
5、系统的扩展,存储器映像,SFR的128B,ADuC812单片机系统的扩展,片内FLASH程序存储器 典型应用 作为ADuC812可寻址64k程序存储器的低8k空间,用于存放用户代码。 用于系统自检时存放自检程序代码,正常运行时不占用程序寻址空间(EA接地)。 两种模式编程 串行下载(在线编程) 作为内嵌下载/调试核心的一部分,ADuC812便于通过标准UART串行接口实现串行代码下载。若引脚PSEN被外部电阻拉低,系统上电时自动进入串行下载模式。 并行编程 与常规的第3方FLASH/EEPROM 器件编程器完全兼容。编程电压(12V)由片内充电泵产生。,ADuC812单片机系统的扩展,片内FL
6、ASH数据存储器 控制和配置 用户FLASH/EE数据存储阵列有640B,被配置成160(00H到页9FH)页,每页4B。 和其它用户外围设备一样,通过映射在SFR空间的一组寄存器与此存储空间相接。四个数据寄存器组(EDATA1-4)用于保存刚被访问的4B页数据。EADRL用于保存被访问页的8位地址。ECON是一个8位控制寄存器,它可写入5个FLASH/EE存储器访问命令之一,以便使能各种读、写、擦除和校验功能。,ADuC812单片机系统的扩展,片内FLASH数据存储器,控制和配置,ADuC812单片机系统的扩展,片内FLASH数据存储器,控制和配置,ADuC812单片机系统的扩展,片内FLA
7、SH数据存储器 编程一个字节 只有在FLASH/EE阵列已预先被擦除时,才能被编程(被编程字节已保持FFH)。根据FLASH/EE的构造,擦除操作必须发生在页级别,即最少擦除4个字节(1页)。 当用户仅请求修改页中的一个字节时,先要读取整个页,以便擦除该页时不丢失已存在的数据。 字节编程实例,ADuC812单片机系统的扩展,片内FLASH数据存储器 典型编程/擦除时间 擦除全部阵列(640字节) 20ms 擦除单个页(4字节) 20ms 编程页(4字节) 250s 读取页(4字节) 在单个指令周期内 FLASH/EE擦除和编程定时 由主频时钟派生出来。当使用11.0592MHz的主时钟频率时,
8、不需要把它写到ETIM寄存器。当在其它主时钟频率(fCLK)下工作时,必须改变ETIM的值以避免降低数据FLASH/EE持续性和保持力。,ADuC812单片机系统的扩展,单片机最小应用系统 电源 ADuC812维持运行的电源电压范围是2.7V5.25V。只有保证提供的电源电压不超出3V或5V的10%,才能保证器件达到额定性能。 将模拟和数字电源引脚(分别为AVDD和DVDD)分离,可使AVDD不受DVDD噪声的干扰。虽然可以用各自独立的电源驱动AVDD和DVDD ,但应保证它们之间的电压差不能超过0.3V,以避免损坏芯片。因此,建议AVDD和DVDD不是直接相连的情况下,在它们之间连接反向相叠
9、的肖特基二极管。,ADuC812单片机系统的扩展,单片机最小应用系统 电源,采用两个独立电源供电的处理措施,ADuC812单片机系统的扩展,单片机最小应用系统 电源,采用一个电源供电时的处理措施,ADuC812单片机系统的扩展,单片机最小应用系统 系统时钟 当时钟频率少于400KHz时,片内ADC不能正常工作。因此,应保证系统时钟的工作范围在400KHz16MHz。,使用片内时钟振荡器的时钟电路,ADuC812单片机系统的扩展,单片机最小应用系统 系统时钟,使用片外时钟源的时钟电路,ADuC812单片机系统的扩展,单片机最小应用系统 复位 ADuC812需要外部POR(上电复位)电路。在电源电
10、压低于2.5V时,要使RESET引脚保持高电平;而且, VDD电压高于2.5V时,RESET引脚保持低电平至少10ms。外部POR电路必须在低至1.2V甚更低的电压下工作。 采用专门的 POR芯片能够很好地满足上述要求。如ADI公司的ADM181X系列复位芯片、MAXIM公司的MAX813等。 可增加手动复位功能,便于调试。,ADuC812单片机系统的扩展,单片机最小应用系统 复位,高电平有效复位芯片的复位电路,ADuC812单片机系统的扩展,单片机最小应用系统 复位,低电平有效复位芯片的复位电路,ADuC812单片机系统的扩展,单片机最小应用系统 其它硬件考虑 为方便在线编程,加上在线调试和
11、仿真器,用户希望在他们的硬件上通过一些简单的连接,能够方便的进入下载、调试和仿真模式。 这可以通过连接ADuC812的UART端实现,如果是从PC机下载代码,则需要一片RS-232芯片实现电平转换。 用户仍需找到一个方法触发芯片进入下载模式。这可以通过在PSEN引脚跨接一个1K的下拉电阻来实现。如果去掉跨接线,当系统复位后,就会进入正常运行模式 。 注意当在上电或复位期间,如果任何外部电路无意间使PSEN变为低电平,就会导致芯片进入下载状态而不能开始本来应该进行的用户代码执行过程。,ADuC812单片机系统的扩展,实例,单片机最小应用系统的硬件设计,ADuC812单片机系统的扩展,外部存储器的
12、扩展 系统的寻址能力 程序存储器64KB 数据存储器16MB 译码控制 必须选择出该芯片,即片选 必须选择出该芯片所有存储单元 译码方法 线选法 全地址译码法,ADuC812单片机系统的扩展,外部程序存储器的扩展 存储器的类型 ROM:EPROM,EEPROM,FLASH 接口总线方式:并行 使用的控制信号 ALE:低8位地址锁存控制 PSEN:外部程序存储器“读取”控制 总线 P0:分时复用的数据/地址总线 P2:高8位地址总线,ADuC812单片机系统的扩展,外部程序存储器的扩展,地址锁存器: 74LS373 74LS273 8282 GAL CPLD,ADuC812单片机系统的扩展,外部
13、数据存储器的扩展 存储器的类型 RAM:SRAM,DRAM,NVRAM,MPRAM 接口总线方式:并行,串行 使用的控制信号 ALE:地址锁存控制 WR:外部数据存储器“写”控制 RD:外部数据存储器“读”控制 总线 P0:分时复用的数据/地址总线 P2:高8位地址总线,ADuC812单片机系统的扩展,外部数据存储器的扩展(64KB),地址锁存器: 74LS373 74LS273 8282 GAL CPLD,ADuC812单片机系统的扩展,外部数据存储器的扩展(16MB),地址锁存器: 74LS373 74LS273 8282 GAL CPLD,ADuC812单片机系统的扩展,并行I/O接口
14、P0: 当作为通用的I/O口时,P0口的引脚以“开漏”的方式输出,所以必需外加上拉电阻 当作为外部程序或数据存储器的数据/地址总线时,内部控制信号为高电平,P0口的引脚可以在数据/地址总线的作用下实现上拉,不需要外加上拉电阻 P2: 具有内部的上拉功能,可作为准双向口(用作输入时引脚被拉成高电平)使用 作为外部程序或数据存储器的高地址总线,ADuC812单片机系统的扩展,并行I/O接口 P1: 主要作为模拟输入口使用,在P1口相应的SFR上写0可以把P1口设置为数字输入口 P3: 具有内部的上拉功能,可作为准双向口(用作输入时引脚被拉成高电平)使用 作为专用功能引脚,相应的口锁存器必须为1状态
15、,ADuC812单片机系统的扩展,I/O接口的扩展 I/O接口的寻址范围 I/O接口与外部数据存储器统一编址,可使用16MB空间的一部分作为扩展I/O的地址空间 接口总线方式 并行,串行 使用的控制信号 ALE:地址锁存控制 WR:外部数据存储器“写”控制 RD:外部数据存储器“读”控制 总线 P0:分时复用的数据/地址总线 P2:高8位地址总线,ADuC812单片机系统的扩展,I/O接口的扩展 译码控制 必须选择出该芯片,即片选 必须选择出该芯片的某一存储单元(或I/O接口芯片中的寄存器),即字选 译码方法 线选法 把单独的地址线接到外围芯片的片选端上 全地址译码法 将低位地址线作为芯片的片
16、内地址(取外部电路中最大的地址线位数),用译码器对高位地址进行译码,译出的信号作为片选线,ADuC812单片机系统的扩展,I/O接口的扩展,线选法,ADuC812单片机系统的扩展,I/O接口的扩展 线选法,ADuC812单片机系统的扩展,I/O接口的扩展,全地址译码法,ADuC812单片机系统的扩展,I/O接口的扩展 全地址译码法,ADuC812单片机接口资源,定时器/计数器 性能 3个16位定时器/计数器 基本结构 2个8位的计数器THx,TLx 工作方式 定时,计数,波特率发生器 控制和状态寄存器 模式控制寄存器TMOD 控制寄存器TCON T2控制寄存器T2CON,ADuC812单片机接
17、口资源,定时器/计数器 对输入信号的要求 当作为定时器使用时,计数输入信号是内部时钟脉冲,是由晶体振荡器的输出经12分频后得到的,故其频率为晶振频率的1/12。因此,需要高精度的定时器时,要选择频率较高的晶体。 当作为计数器使用时,计数脉冲来自相应的外部引脚T0或T1 。当输入信号产生由1至0的跳变时,计数器加1。每个机器周期的S5P2期间,对外部输入进行采样,若在第一个周期采到的值为1,而在下一个周期采到期的值为0,则在紧跟着的再下一个周期中的S3P1期间,计数器加1。由于确认一次跳变需要两个机器周期,因此,外部输入的计数脉冲的最高频率为振荡器频率的1/24。对外部信号的占空比没有什么要求,
18、但为了确保某一给定的电平在变化之前至少被采样一次,这一电平至少要保持一个机器周期。,ADuC812单片机接口资源,定时器/计数器 控制和状态寄存器 用于控制和确定各定时器/计数器的功能和操作模式。这些寄存器的内容由软件设置,系统复位时,寄存器所有位被清0 模式控制寄存器TMOD T1字段用于定时器1,T0字段用于定时器0 M1M0:定时器/计数器模式选择,见下表,ADuC812单片机接口资源,定时器/计数器 模式控制寄存器TMOD C/T:工作方式选择位。由软件置位或清0,C/T=1时,为计数器方式;C/T=0时,为定时器方式 GATE:定时器/计数器运行控制位,用来确定对应的外部中断请求引脚
19、(INT0,INT1)是否参与T0或T1的运行控制。当GATE=0时,只要定时器控制寄存器TCON中的TR0(TR1)被置1时,定时器/计数器即开始计数;当GATE=1时, 不仅要TCON中的TR0(TR1)被置1,还要对应的外部中断请求引脚(INT0,INT1)为高电平,才允许定时器/计数器计数。,ADuC812单片机接口资源,定时器/计数器 定时器控制寄存器TCON TR0:T0的运行控制位。置1开始计数,置0停止计数 TF0:T0的溢出中断标志位。计数溢出时由硬件自动置1,在CPU中断处理时由硬件清0 TR1:T1的运行控制位。置1开始计数,置0停止计数 TF1:T1的溢出中断标志位。计
20、数溢出时由硬件自动置1,在CPU中断处理时由硬件清0,ADuC812单片机接口资源,定时器/计数器 定时器控制寄存器TCON IE1:外部中断1请求标志位。检测到INT1引脚上出现由1到0的跳变时由硬件置位,请求中断;进入中断服务后由硬件清0 IT1:外部中断信号触发类型控制位。IT1=1时,下降沿触发;IT1=0时,低电平触发 IE0:外部中断1请求标志位。功能同IE1。 IT0:外部中断信号触发类型控制位。功能同IT1。,ADuC812单片机接口资源,定时器/计数器 定时器/计数器2控制寄存器T2CON TF2:T2的溢出中断标志位。计数溢出时由硬件自动置1并请求中断,只能软件清0;在波特
21、率发生器方式下不置位 EFX2:定时器2的外部中断标志。当EXEN2=1,且T2EX引脚出现负跳变而造成捕获或重装载时,由硬件自动置位;只能软件清0 RCLK :接收时钟标志。靠软件置位或清除,置1时用定时器2溢出脉冲作为串口的波特率发生器。清0时选择定时器1 TCLK :发送时钟标志。靠软件置位或清除,置1时用定时器2溢出脉冲作为串口的波特率发生器。清0时选择定时器1,ADuC812单片机接口资源,定时器/计数器 定时器/计数器2控制寄存器T2CON EXEN2:定时器2的外部使能标志。靠软件置位或清除。若定时器2未用作波特率发生器,当EXEN2=1,且T2EX引脚出现负跳变时发生捕获或重装
22、,并置位EXF2,请求中断 TR2:T2的运行控制位。置1开始计数,置0停止计数 C/T2 :定时器计数器方式选择位。由软件置位或清0,C/T2=1时,为计数器方式;C/T=0时,为定时器方式CP/RL2 :捕获或自动重装标志。用软件设置或清除。当CP/RL2 =1,若EXEN2=1,且T2EX引脚出现负跳变时发生捕获;当CP/RL2 =0,若定时器2溢出,或EXEN2=1,且T2EX引脚出现负跳变时就会造成自动重装。,ADuC812单片机接口资源,定时器/计数器 定时器/计数器0(或1) 模式0(13位计数器),ADuC812单片机接口资源,定时器/计数器 定时器/计数器0(或1) 模式1(
23、16位计数器),ADuC812单片机接口资源,定时器/计数器 定时器/计数器0(或1) 模式2(8位自动重装计数器),ADuC812单片机接口资源,定时器/计数器 定时器/计数器0 模式3(2个位计数器),ADuC812单片机接口资源,定时器/计数器 定时器/计数器2 16位自动重装模式,ADuC812单片机接口资源,定时器/计数器 定时器/计数器2 16位捕获方式,ADuC812单片机接口资源,定时器/计数器 定时器/计数器2 波特率工作方式,ADuC812单片机接口资源,看门狗 定时器 用途 因编程不完善、电气噪声或电磁干扰等原因使程序进入无序运行状态时,Watchdog定时溢出使CPU复
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