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1前言
DS2450是DALLAS公司生產的一線式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、報警門限電壓可編程；每個通道有各自的存儲器以存儲電壓范圍設置、轉換結果、門限電壓等參數；普通方式下串行通信速率達16.3kbps，超速工作時速率達142kbps，片內16位循環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。電路正常工作時僅消耗2.5mW功率，不工作時消耗25μW。多個DS2450或其他功能的具有MicroLAN接口的一線式芯片可以并聯，CPU只需一根端口線就能與諸多一線式芯片通信，占用微處理器的端口較少，可節省大量的引線和邏輯電路。
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
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：開始8位（20H）是產品類型標號，接著的48位是該DS2450自身的序列號，最后8位是前面56位的循環冗余校驗碼（CRC=X8＋X5＋X4＋1）。光刻ROM的作用是使每一個一線式器件的地址都各不相同，以便實現一根總線上掛接多個一線式電路。
對于一線端口，在ROM功能建立之前，其它功能是無法實現的。總線控制器必須首先通過DATA引腳對DS2450提供7個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ROM［CCH］；（5）條件搜索ROM［ECH］；（6）超速跳過ROM［3CH］；（7）超速匹配ROM［69H］。其中，超速跳過ROM或超速匹配ROM命令執行后，串行通信速率可高達142kbps。如果多個器件連接在一線上，這些命令對每個器件的64位ROM部分進行操作，并挑選出一個特定的器件。對選中的DS2450，執行下一步的A/D轉換控制命令以及讀寫存儲器的命令，所有命令或數據的讀/寫均從最低位開始。
3存儲器組織方式
DS2450內部有24個地址毗連的8位存儲器，可將其分成3頁，每頁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頁為A/D轉換結果存儲器，每個通道占2個字節16位，芯片上電復位時該頁清0；其中00H、01H存儲A通道轉換結果，LSB？A為最低位，MSB？A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頁為A/D轉換控制與狀態存儲器，08H、09H對應于A通道，其余通道依次類推，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。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，而此時輸出控制位OC可以不必關心。不用作模擬量輸入的通道可以作為漏極開路的數字輸出端，外接上拉電阻器和工作電源，在輸出使能位OE=1時，若輸出控制位OC寫入1，則輸出高電平，OC寫入0，則輸出低電平。IR控制輸入電壓范圍，IR=1時模擬輸入高限為5.10V，IR=0時輸入高限為2.55V。AEH、AEL分別為高、低門限電壓報警允許控制端；AFH、AFL分別為模擬輸入是否超過規定的高門限、低于規定的低門限的狀態指示位，若輸入超限，相應位自動置1。上電復位標志位POR與通道無關，上電復位時4個POR自動置1，說明控制字和門限值等未準備好，該位可用軟件清0。表中為0的位無效，讀出時始終為0且不能寫入1。DS2450上電復位時，默認的控制/狀態數據的低位為08H、高位為8CH，即4個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頁為各通道輸入高/低限報警值存儲器，10H存放A通道低門限8位報警值、11H存放A通道高門限8位報警值，其余通道依次類推，各位含義相同。在判斷是否超限時，只將存儲的門限值與轉換結果的高8位進行比較，然后自動改變AFH、AFL的狀態。上電復位時，高限值自動設置為FFH，低限值自動設置為00H。
4轉換與讀/寫控制
4．1轉換控制
通過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A/D轉換器進行轉換。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。同時選擇多個通道時，其轉換順序為A→B→C→D，未選中的通道被跳過。其A/D轉換的時間可用下式近似計算：轉換時間=通道數×轉換精度位數×80μs＋160μs。當所有通道轉換完畢，發讀存儲器命令可以獲得轉換結果和對應的狀態。
圖3DS2450與微處理器的典型連接圖
預置控制字可以對相應通道的轉換結果存儲器進行預置。SET、CLR=00，不預置，保持上次轉換值；SET、CLR=01，轉換前預置為全0；SET、CLR=10，預置為全1；SET、CLR=11，無效組合。
4．2存儲器讀/寫控制
讀存儲器命令用于讀取轉換結果、工作狀態、門限設定值等。總線管理器首先送出讀存儲器命令字［AAH］，然后送出兩字節的16位“起始數據”存儲器地址，從總線上讀取一個字節的數據后，地址自動加1，可緊接著讀取下一個數據；當一頁讀完后，隨后讀取的兩個字節為內部自動產生的16位循環冗余校驗碼，它由前面送出的命令字、地址、讀取的存儲器數據，根據表達式CRC16=X16＋X15＋X2＋1生成，對校驗碼生成和應用的詳細資料可參閱相關文獻。
寫存儲器命令主要針對第1頁和第2頁的存儲器，目的是寫入各通道的工作方式控制字和對應通道的高、低門限設定值。總線管理器首先送出寫存儲器命令字［55H］，然后送出兩字節的16位存儲器起始地址，接著逐個送出要寫入的數據，其地址也是自動加1。若在剛寫完一個數據后執行讀操作，讀出的數據應剛好為前一次寫入的數據，可利用這一特點對寫入和讀出的數據進行比較，以判斷傳輸的正確性。
如果通過軟件校驗，發現了讀/寫中的傳輸錯誤，則必須對芯片進行初始化，并重新進行讀寫操作。
4．3DS2450的工作時序
DS2450的一線工作協議流程是：初始化→ROM功能命令→存儲器讀寫/轉換控制功能命令→傳輸數據。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序，在普通速度工作模式下，如圖2（a）（b）（c）所示。
初始化時序包括總線管理器（主機）發出的復位脈沖和DS2450反饋送出的存在脈沖兩部分，存在脈沖告訴主機DS2450在線且已準備好；讀/寫時序規定了在DS2450的DATA端串行讀寫數據位時的時序配合要求。
5DS2450與單片機的典型接口設計
圖3以MCS－51系列單片機為例，示出DS2450與微處理器的典型連接。其DATA端接AT89C51的P1.0，采用外接電源供電方式，其VCC端用5V電源供電。此例中僅對D通道進行A/D轉換，AIN－D接模擬信號輸入；AIN－A，AIN－B外接上拉電阻器和電源，其輸出作為D通道的高、低限報警。
假設單片機系統所用的晶振頻率為12MHz，根據DS2450的初始化時序、寫時序和讀時序，分別編寫了3個子程序：INIT為初始化子程序，發送復位脈沖并接收存在脈沖；WRITE為寫（命令或數據字節）子程序，READ為讀數據子程序。所有要讀寫的命令或數據字節均放在A寄存器中（限于篇幅，略去源程序，有興趣者可向作者索取）。
主機控制DS2450完成A/D轉換一般必須經過以下幾個步驟：初始化使DS2450準備好、發ROM功能命令和相應的64位光刻ROM數據選中特定芯片、寫入工作方式控制字和高/低限值、發轉換控制命令、讀取轉換值及狀態。
例如，將D通道設定為5.1V輸入范圍、轉換精度為12位、高報警門限為3.0V（96H）、低報警門限為2.0V（64H）、通道A和B作為報警輸出、轉換結果放在如下30H和31H的子程序CTLAD中。
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CTLAD:LCALLINIT；發復位脈沖并接收存在脈沖
MOVA，＃0CCH
LCALLWRITE；發“跳過ROM”命令
；設置4個通道工作方式控制字，寫入存儲器地址從0008H開始
FSKZ：MOVA，＃55H
LCALLWRITE；發“寫存儲器”命令
MOVA，＃08H
LCALLWRITE；發低8位地址
MOVA，＃00H
LCALLWRITE；發高8位地址
MOVA，＃0C0H
；A通道漏極開路數字輸出方式
LCALLWRITE；發A通道工作方式低字節
MOVA，＃00H
；與報警、輸入范圍等設置無關
LCALLWRITE；發A通道工作方式高字節
MOVA，＃0C0H
；B通道漏極開路數字輸出方式
LCALLWRITE；發B通道工作方式低字節
MOVA，＃00H
；與報警、輸入范圍等設置無關
LCALLWRITE；發B通道工作方式高字節
MOVA，＃01H
；C通道不用，可隨意設置
LCALLWRITE；發C通道工作方式低字節
MOVA，＃00H
；C通道不用，可隨意設置
LCALLWRITE；發C通道工作方式高字節
MOVA，＃0CH
；D通道12位A/D轉換方式
LCALLWRITE；發D通道工作方式低字節
MOVA，＃0DH
；5.1V輸入范圍，允許高低限報警
LCALLWRITE；發D通道工作方式高字節
；設置D通道高/低限值報警值，寫入存儲器地址從0016H開始
BJSZ：LCALLINIT；發復位脈沖并接收存在脈沖
MOVA，＃0CCH
LCALLWRITE；發“跳過ROM”命令
MOVA，＃55H
LCALLWRITE；發“寫存儲器”命令
MOVA，＃16H
LCALLWRITE；發低8位地址
MOVA，＃00H
LCALLWRITE；發高8位地址
MOVA，＃64H
；低門限報警值2.0V（64H）
LCALLWRITE；送D通道低門限存儲器
MOVA，＃96H
；高門限報警值3.0V（96H）
LCALLWRITE
；送轉換控制字，啟動A/D轉換。
QDZH:LCALLINIT；發復位脈沖并接收存在脈沖
MOVA，＃0CCH
LCALLWRITE；發“跳過ROM”命令
MOVA，＃3CH
LCALLWRITE;發“轉換控制”命令字
MOVA，＃08H
;僅D通道參與轉換
LCALLWRITE；發通道選擇控制字
MOVA，＃40H
;D通道轉換前預置為全0
LCALLWRITE；發預置數據控制字
；讀取D通道轉換結果，放在31H、30H
RDDT：LCALLINTI；發復位脈沖并接收存在脈沖
MOVA，＃0CCH
LCALLWRITE;發“跳過ROM”命令
MOVA，＃0AAH
LCALLWRITE;發“讀存儲器”命令字
MOVA，＃06H
LCALLWRITE；發低8位地址
MOVA，＃00H
LCALLWRITE;發高8位地址
LCALLREAD
MOV30H，A
；低位轉換結果放在30H
LCALLREAD
MOV31H，A
；高位轉換結果放在31H
RET
……
如果一線上掛接多個DS2450和其他一線式接口芯片、采用寄生電源供電方式、工作在超速模式、通信中進行校驗，則子程序CTLAD的編寫就要復雜一些，限于篇幅，這一部分不再詳述。
責任編輯：gt
工商網監
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