一线式4通道逐次逼近式A/D转换器DS2450的性能特点和应用分析
1前言
ds2450是dallas公司生产的一线式4通道逐次逼近式a/d转换器，其输入电压范围、转换精度位数、报警门限电压可编程；每个通道有各自的存储器以存储电压范围设置、转换结果、门限电压等参数；普通方式下串行通信速率达16.3kbps，超速工作时速率达142kbps，片内16位循环冗余校验码生成器可用于检测通信的正确性；ds2450采用8引脚soic小体积封装形式，既可用单5v电源供电，也可采用寄生电源方式供电。电路正常工作时仅消耗2.5mw功率，不工作时消耗25μw。多个ds2450或其他功能的具有microlan接口的一线式芯片可以并联，cpu只需一根端口线就能与诸多一线式芯片通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。
2ds2450的引脚排列和内部结构
ds2450为8引脚soic型封装，其管脚功能如下：
1脚（vdd）：工作电源接入端
2脚（n.c）：空引脚
3脚（data）：串行数据输入/输出端
4脚（gnd）：接地端
5脚（ain－a）：a路模拟电压输入端
6脚（ain－b）：b路模拟电压输入端
7脚（ain－c）：c路模拟电压输入端
8脚（ain－d）：d路模拟电压输入端
图1 ds2450的内部结构
ds2450的内部结构如图1所示。光刻rom中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该ds2450的地址序列码；64位光刻rom的排列是：开始8位（20h）是产品类型标号，接着的48位是该ds2450自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（crc=x8＋x5＋x4＋1）。光刻rom的作用是使每一个一线式器件的地址都各不相同，以便实现一根总线上挂接多个一线式电路。
对于一线端口，在rom功能建立之前，其它功能是无法实现的。总线控制器必须首先通过data引脚对ds2450提供7个rom功能控制命令（8位）之一：（1）读rom，命令字［33h］；（2）匹配rom［55h］；（3）搜索rom［f0h］；（4）跳过rom［cch］；（5）条件搜索rom［ech］；（6）超速跳过rom［3ch］；（7）超速匹配rom［69h］。其中，超速跳过rom或超速匹配rom命令执行后，串行通信速率可高达142kbps。如果多个器件连接在一线上，这些命令对每个器件的64位rom部分进行操作，并挑选出一个特定的器件。对选中的ds2450，执行下一步的a/d转换控制命令以及读写存储器的命令，所有命令或数据的读/写均从最低位开始。
3存储器组织方式
ds2450内部有24个地址毗连的8位存储器，可将其分成3页，每页8字节。ds2450的存储器组织方式及各位含义如表1所示（高位地址为00h）。
第0页为a/d转换结果存储器，每个通道占2个字节16位，芯片上电复位时该页清0；其中00h、01h存储a通道转换结果，lsb？a为最低位，msb？a为最高位；02h、03h存储b通道转换结果;04h、05h存储c通道转换结果;06h、07h存储d通道转换结果，对应位含义与a通道相同。
第1页为a/d转换控制与状态存储器，08h、09h对应于a通道，其余通道依次类推，各位含义相同。rc3、rc2、rc1、rc0的组合控制a/d转换的精度位数，0000为16位、0001为1位、……、1111为15位；特别值得注意的是，若控制转换精度不足16位，则在转换结果的“低位”补0，凑足16位，因此读出结果的16位值中，哪些是有效位与rc3、rc2、rc1、rc0的组合有关。对于用作模拟量输入的通道，输出使能位oe必须为0，否则模拟输入不被接受，转换结果始终全为0，而此时输出控制位oc可以不必关心。不用作模拟量输入的通道可以作为漏极开路的数字输出端，外接上拉电阻器和工作电源，在输出使能位oe=1时，若输出控制位oc写入1，则输出高电平，oc写入0，则输出低电平。ir控制输入电压范围，ir=1时模拟输入高限为5.10v，ir=0时输入高限为2.55v。aeh、ael分别为高、低门限电压报警允许控制端；afh、afl分别为模拟输入是否超过规定的高门限、低于规定的低门限的状态指示位，若输入超限，相应位自动置1。上电复位标志位por与通道无关，上电复位时4个por自动置1，说明控制字和门限值等未准备好，该位可用软件清0。表中为0的位无效，读出时始终为0且不能写入1。ds2450上电复位时，默认的控制/状态数据的低位为08h、高位为8ch，即4个通道均作为模拟输入通道、8位转换精度、输入高限2.55v、允许高低限报警。
第2页为各通道输入高/低限报警值存储器，10h存放a通道低门限8位报警值、11h存放a通道高门限8位报警值，其余通道依次类推，各位含义相同。在判断是否超限时，只将存储的门限值与转换结果的高8位进行比较，然后自动改变afh、afl的状态。上电复位时，高限值自动设置为ffh，低限值自动设置为00h。
4转换与读/写控制
4．1转换控制
通过ds2450的data端串行送出转换命令字［3ch］，随后送出通道选择字和预置控制字，启动a/d转换器进行转换。ds2450的通道选择字和预置控制字的各位含义如表2所示。
在通道选择字中，对应位为1表示该通道参与转换。同时选择多个通道时，其转换顺序为a→b→c→d，未选中的通道被跳过。其a/d转换的时间可用下式近似计算：转换时间=通道数×转换精度位数×80μs＋160μs。当所有通道转换完毕，发读存储器命令可以获得转换结果和对应的状态。
图3ds2450与微处理器的典型连接图
预置控制字可以对相应通道的转换结果存储器进行预置。set、clr=00，不预置，保持上次转换值；set、clr=01，转换前预置为全0；set、clr=10，预置为全1；set、clr=11，无效组合。
4．2存储器读/写控制
读存储器命令用于读取转换结果、工作状态、门限设定值等。总线管理器首先送出读存储器命令字［aah］，然后送出两字节的16位“起始数据”存储器地址，从总线上读取一个字节的数据后，地址自动加1，可紧接着读取下一个数据；当一页读完后，随后读取的两个字节为内部自动产生的16位循环冗余校验码，它由前面送出的命令字、地址、读取的存储器数据，根据表达式crc16=x16＋x15＋x2＋1生成，对校验码生成和应用的详细资料可参阅相关文献。
写存储器命令主要针对第1页和第2页的存储器，目的是写入各通道的工作方式控制字和对应通道的高、低门限设定值。总线管理器首先送出写存储器命令字［55h］，然后送出两字节的16位存储器起始地址，接着逐个送出要写入的数据，其地址也是自动加1。若在刚写完一个数据后执行读操作，读出的数据应刚好为前一次写入的数据，可利用这一特点对写入和读出的数据进行比较，以判断传输的正确性。
如果通过软件校验，发现了读/写中的传输错误，则必须对芯片进行初始化，并重新进行读写操作。
4．3ds2450的工作时序
ds2450的一线工作协议流程是：初始化→rom功能命令→存储器读写/转换控制功能命令→传输数据。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序，在普通速度工作模式下，如图2（a）（b）（c）所示。
初始化时序包括总线管理器（主机）发出的复位脉冲和ds2450反馈送出的存在脉冲两部分，存在脉冲告诉主机ds2450在线且已准备好；读/写时序规定了在ds2450的data端串行读写数据位时的时序配合要求。
5ds2450与单片机的典型接口设计
图3以mcs－51系列单片机为例，示出ds2450与微处理器的典型连接。其data端接at89c51的p1.0，采用外接电源供电方式，其vcc端用5v电源供电。此例中仅对d通道进行a/d转换，ain－d接模拟信号输入；ain－a，ain－b外接上拉电阻器和电源，其输出作为d通道的高、低限报警。
假设单片机系统所用的晶振频率为12mhz，根据ds2450的初始化时序、写时序和读时序，分别编写了3个子程序：init为初始化子程序，发送复位脉冲并接收存在脉冲；write为写（命令或数据字节）子程序，read为读数据子程序。所有要读写的命令或数据字节均放在a寄存器中（限于篇幅，略去源程序，有兴趣者可向作者索取）。
主机控制ds2450完成a/d转换一般必须经过以下几个步骤：初始化使ds2450准备好、发rom功能命令和相应的64位光刻rom数据选中特定芯片、写入工作方式控制字和高/低限值、发转换控制命令、读取转换值及状态。
例如，将d通道设定为5.1v输入范围、转换精度为12位、高报警门限为3.0v（96h）、低报警门限为2.0v（64h）、通道a和b作为报警输出、转换结果放在如下30h和31h的子程序ctlad中。
；－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
ctlad:lcallinit；发复位脉冲并接收存在脉冲
mova，＃0cch
lcallwrite；发“跳过rom”命令
；设置4个通道工作方式控制字，写入存储器地址从0008h开始
fskz：mova，＃55h
lcallwrite；发“写存储器”命令
mova，＃08h
lcallwrite；发低8位地址
mova，＃00h
lcallwrite；发高8位地址
mova，＃0c0h
；a通道漏极开路数字输出方式
lcallwrite；发a通道工作方式低字节
mova，＃00h
；与报警、输入范围等设置无关
lcallwrite；发a通道工作方式高字节
mova，＃0c0h
；b通道漏极开路数字输出方式
lcallwrite；发b通道工作方式低字节
mova，＃00h
；与报警、输入范围等设置无关
lcallwrite；发b通道工作方式高字节
mova，＃01h
；c通道不用，可随意设置
lcallwrite；发c通道工作方式低字节
mova，＃00h
；c通道不用，可随意设置
lcallwrite；发c通道工作方式高字节
mova，＃0ch
；d通道12位a/d转换方式
lcallwrite；发d通道工作方式低字节
mova，＃0dh
；5.1v输入范围，允许高低限报警
lcallwrite；发d通道工作方式高字节
；设置d通道高/低限值报警值，写入存储器地址从0016h开始
bjsz：lcallinit；发复位脉冲并接收存在脉冲
mova，＃0cch
lcallwrite；发“跳过rom”命令
mova，＃55h
lcallwrite；发“写存储器”命令
mova，＃16h
lcallwrite；发低8位地址
mova，＃00h
lcallwrite；发高8位地址
mova，＃64h
；低门限报警值2.0v（64h）
lcallwrite；送d通道低门限存储器
mova，＃96h
；高门限报警值3.0v（96h）
lcallwrite
；送转换控制字，启动a/d转换。
qdzh:lcallinit；发复位脉冲并接收存在脉冲
mova，＃0cch
lcallwrite；发“跳过rom”命令
mova，＃3ch
lcallwrite;发“转换控制”命令字
mova，＃08h
;仅d通道参与转换
lcallwrite；发通道选择控制字
mova，＃40h
;d通道转换前预置为全0
lcallwrite；发预置数据控制字
；读取d通道转换结果，放在31h、30h
rddt：lcallinti；发复位脉冲并接收存在脉冲
mova，＃0cch
lcallwrite;发“跳过rom”命令
mova，＃0aah
lcallwrite;发“读存储器”命令字
mova，＃06h
lcallwrite；发低8位地址
mova，＃00h
lcallwrite;发高8位地址
lcallread
mov30h，a
；低位转换结果放在30h
lcallread
mov31h，a
；高位转换结果放在31h
ret
……
如果一线上挂接多个ds2450和其他一线式接口芯片、采用寄生电源供电方式、工作在超速模式、通信中进行校验，则子程序ctlad的编写就要复杂一些，限于篇幅，这一部分不再详述。
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2ds2450的引脚排列和内部结构
ds2450为8引脚soic型封装，其管脚功能如下：
1脚（vdd）：工作电源接入端
2脚（n.c）：空引脚
3脚（data）：串行数据输入/输出端
4脚（gnd）：接地端
5脚（ain－a）：a路模拟电压输入端
6脚（ain－b）：b路模拟电压输入端
7脚（ain－c）：c路模拟电压输入端
8脚（ain－d）：d路模拟电压输入端
图1 ds2450的内部结构
ds2450的内部结构如图1所示。光刻rom中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该ds2450的地址序列码；64位光刻rom的排列是：开始8位（20h）是产品类型标号，接着的48位是该ds2450自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（crc=x8＋x5＋x4＋1）。光刻rom的作用是使每一个一线式器件的地址都各不相同，以便实现一根总线上挂接多个一线式电路。
对于一线端口，在rom功能建立之前，其它功能是无法实现的。总线控制器必须首先通过data引脚对ds2450提供7个rom功能控制命令（8位）之一：（1）读rom，命令字［33h］；（2）匹配rom［55h］；（3）搜索rom［f0h］；（4）跳过rom［cch］；（5）条件搜索rom［ech］；（6）超速跳过rom［3ch］；（7）超速匹配rom［69h］。其中，超速跳过rom或超速匹配rom命令执行后，串行通信速率可高达142kbps。如果多个器件连接在一线上，这些命令对每个器件的64位rom部分进行操作，并挑选出一个特定的器件。对选中的ds2450，执行下一步的a/d转换控制命令以及读写存储器的命令，所有命令或数据的读/写均从最低位开始。
3存储器组织方式
ds2450内部有24个地址毗连的8位存储器，可将其分成3页，每页8字节。ds2450的存储器组织方式及各位含义如表1所示（高位地址为00h）。
第0页为a/d转换结果存储器，每个通道占2个字节16位，芯片上电复位时该页清0；其中00h、01h存储a通道转换结果，lsb？a为最低位，msb？a为最高位；02h、03h存储b通道转换结果;04h、05h存储c通道转换结果;06h、07h存储d通道转换结果，对应位含义与a通道相同。
第1页为a/d转换控制与状态存储器，08h、09h对应于a通道，其余通道依次类推，各位含义相同。rc3、rc2、rc1、rc0的组合控制a/d转换的精度位数，0000为16位、0001为1位、……、1111为15位；特别值得注意的是，若控制转换精度不足16位，则在转换结果的“低位”补0，凑足16位，因此读出结果的16位值中，哪些是有效位与rc3、rc2、rc1、rc0的组合有关。对于用作模拟量输入的通道，输出使能位oe必须为0，否则模拟输入不被接受，转换结果始终全为0，而此时输出控制位oc可以不必关心。不用作模拟量输入的通道可以作为漏极开路的数字输出端，外接上拉电阻器和工作电源，在输出使能位oe=1时，若输出控制位oc写入1，则输出高电平，oc写入0，则输出低电平。ir控制输入电压范围，ir=1时模拟输入高限为5.10v，ir=0时输入高限为2.55v。aeh、ael分别为高、低门限电压报警允许控制端；afh、afl分别为模拟输入是否超过规定的高门限、低于规定的低门限的状态指示位，若输入超限，相应位自动置1。上电复位标志位por与通道无关，上电复位时4个por自动置1，说明控制字和门限值等未准备好，该位可用软件清0。表中为0的位无效，读出时始终为0且不能写入1。ds2450上电复位时，默认的控制/状态数据的低位为08h、高位为8ch，即4个通道均作为模拟输入通道、8位转换精度、输入高限2.55v、允许高低限报警。
第2页为各通道输入高/低限报警值存储器，10h存放a通道低门限8位报警值、11h存放a通道高门限8位报警值，其余通道依次类推，各位含义相同。在判断是否超限时，只将存储的门限值与转换结果的高8位进行比较，然后自动改变afh、afl的状态。上电复位时，高限值自动设置为ffh，低限值自动设置为00h。
4转换与读/写控制
4．1转换控制
通过ds2450的data端串行送出转换命令字［3ch］，随后送出通道选择字和预置控制字，启动a/d转换器进行转换。ds2450的通道选择字和预置控制字的各位含义如表2所示。
在通道选择字中，对应位为1表示该通道参与转换。同时选择多个通道时，其转换顺序为a→b→c→d，未选中的通道被跳过。其a/d转换的时间可用下式近似计算：转换时间=通道数×转换精度位数×80μs＋160μs。当所有通道转换完毕，发读存储器命令可以获得转换结果和对应的状态。
图3ds2450与微处理器的典型连接图
预置控制字可以对相应通道的转换结果存储器进行预置。set、clr=00，不预置，保持上次转换值；set、clr=01，转换前预置为全0；set、clr=10，预置为全1；set、clr=11，无效组合。
4．2存储器读/写控制
读存储器命令用于读取转换结果、工作状态、门限设定值等。总线管理器首先送出读存储器命令字［aah］，然后送出两字节的16位“起始数据”存储器地址，从总线上读取一个字节的数据后，地址自动加1，可紧接着读取下一个数据；当一页读完后，随后读取的两个字节为内部自动产生的16位循环冗余校验码，它由前面送出的命令字、地址、读取的存储器数据，根据表达式crc16=x16＋x15＋x2＋1生成，对校验码生成和应用的详细资料可参阅相关文献。
写存储器命令主要针对第1页和第2页的存储器，目的是写入各通道的工作方式控制字和对应通道的高、低门限设定值。总线管理器首先送出写存储器命令字［55h］，然后送出两字节的16位存储器起始地址，接着逐个送出要写入的数据，其地址也是自动加1。若在刚写完一个数据后执行读操作，读出的数据应刚好为前一次写入的数据，可利用这一特点对写入和读出的数据进行比较，以判断传输的正确性。
如果通过软件校验，发现了读/写中的传输错误，则必须对芯片进行初始化，并重新进行读写操作。
4．3ds2450的工作时序
ds2450的一线工作协议流程是：初始化→rom功能命令→存储器读写/转换控制功能命令→传输数据。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序，在普通速度工作模式下，如图2（a）（b）（c）所示。
初始化时序包括总线管理器（主机）发出的复位脉冲和ds2450反馈送出的存在脉冲两部分，存在脉冲告诉主机ds2450在线且已准备好；读/写时序规定了在ds2450的data端串行读写数据位时的时序配合要求。
5ds2450与单片机的典型接口设计
图3以mcs－51系列单片机为例，示出ds2450与微处理器的典型连接。其data端接at89c51的p1.0，采用外接电源供电方式，其vcc端用5v电源供电。此例中仅对d通道进行a/d转换，ain－d接模拟信号输入；ain－a，ain－b外接上拉电阻器和电源，其输出作为d通道的高、低限报警。
假设单片机系统所用的晶振频率为12mhz，根据ds2450的初始化时序、写时序和读时序，分别编写了3个子程序：init为初始化子程序，发送复位脉冲并接收存在脉冲；write为写（命令或数据字节）子程序，read为读数据子程序。所有要读写的命令或数据字节均放在a寄存器中（限于篇幅，略去源程序，有兴趣者可向作者索取）。
主机控制ds2450完成a/d转换一般必须经过以下几个步骤：初始化使ds2450准备好、发rom功能命令和相应的64位光刻rom数据选中特定芯片、写入工作方式控制字和高/低限值、发转换控制命令、读取转换值及状态。
例如，将d通道设定为5.1v输入范围、转换精度为12位、高报警门限为3.0v（96h）、低报警门限为2.0v（64h）、通道a和b作为报警输出、转换结果放在如下30h和31h的子程序ctlad中。
；－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
ctlad:lcallinit；发复位脉冲并接收存在脉冲
mova，＃0cch
lcallwrite；发“跳过rom”命令
；设置4个通道工作方式控制字，写入存储器地址从0008h开始
fskz：mova，＃55h
lcallwrite；发“写存储器”命令
mova，＃08h
lcallwrite；发低8位地址
mova，＃00h
lcallwrite；发高8位地址
mova，＃0c0h
；a通道漏极开路数字输出方式
lcallwrite；发a通道工作方式低字节
mova，＃00h
；与报警、输入范围等设置无关
lcallwrite；发a通道工作方式高字节
mova，＃0c0h
；b通道漏极开路数字输出方式
lcallwrite；发b通道工作方式低字节
mova，＃00h
；与报警、输入范围等设置无关
lcallwrite；发b通道工作方式高字节
mova，＃01h
；c通道不用，可随意设置
lcallwrite；发c通道工作方式低字节
mova，＃00h
；c通道不用，可随意设置
lcallwrite；发c通道工作方式高字节
mova，＃0ch
；d通道12位a/d转换方式
lcallwrite；发d通道工作方式低字节
mova，＃0dh
；5.1v输入范围，允许高低限报警
lcallwrite；发d通道工作方式高字节
；设置d通道高/低限值报警值，写入存储器地址从0016h开始
bjsz：lcallinit；发复位脉冲并接收存在脉冲
mova，＃0cch
lcallwrite；发“跳过rom”命令
mova，＃55h
lcallwrite；发“写存储器”命令
mova，＃16h
lcallwrite；发低8位地址
mova，＃00h
lcallwrite；发高8位地址
mova，＃64h
；低门限报警值2.0v（64h）
lcallwrite；送d通道低门限存储器
mova，＃96h
；高门限报警值3.0v（96h）
lcallwrite
；送转换控制字，启动a/d转换。
qdzh:lcallinit；发复位脉冲并接收存在脉冲
mova，＃0cch
lcallwrite；发“跳过rom”命令
mova，＃3ch
lcallwrite;发“转换控制”命令字
mova，＃08h
;仅d通道参与转换
lcallwrite；发通道选择控制字
mova，＃40h
;d通道转换前预置为全0
lcallwrite；发预置数据控制字
；读取d通道转换结果，放在31h、30h
rddt：lcallinti；发复位脉冲并接收存在脉冲
mova，＃0cch
lcallwrite;发“跳过rom”命令
mova，＃0aah
lcallwrite;发“读存储器”命令字
mova，＃06h
lcallwrite；发低8位地址
mova，＃00h
lcallwrite;发高8位地址
lcallread
mov30h，a
；低位转换结果放在30h
lcallread
mov31h，a
；高位转换结果放在31h
ret
……
如果一线上挂接多个ds2450和其他一线式接口芯片、采用寄生电源供电方式、工作在超速模式、通信中进行校验，则子程序ctlad的编写就要复杂一些，限于篇幅，这一部分不再详述。
5v数字功放芯片的供电电压和阻抗的区别
凌壹科技LAN-B150T-8L网络安全硬件平台产品介绍
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at命令有什么用_at命令怎么用
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IGBT构成的交流传动逆变器的设计
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