摘 要： 簡介了DS2450 A/D轉換器的主要特性、工作原理、單總線協議及其設置方法，并具體介紹了DS2450在工程應用中與計算機的接口技術和軟件編制特點。
關鍵詞： DS2450 A/D轉換器 單總線技術 接口技術
DS2450是美國達拉斯(Dallas)半導體公司1999年新推出的符合單總線協議的四路A/D轉換器。每個輸入通道有各自的寄存器組來存儲輸入電壓的范圍、分辨率和報警門限值以及當輸入電壓偏離指定范圍時的使能標志。DS2450可與單片機端口的一個引腳(如P1.0)直接相連；也可與PC機的RS232串行口經適配器轉換后相連，且可掛上多個DS2450，使用很方便。下面介紹DS2450的主要特性與工程應用。
1 DS2450主要特性
· 用戶可編程設置輸入范圍(2.56V，5.12V)、分辨率(1～16位)和報警門限；
· 單電源工作(5V)；
· 很低的功耗：工作時2.5mW，空閑時2.5μW；
· 內置多點控制器允許在一條公共單總線上對多個DS2450識別和操作；
· 響應模擬電壓超過報警門限時的條件查找；
· 未用作模擬輸入的通道可用作閉環控制的漏極開路的數字輸出；
· 直接與微處理器端口的一個引腳相連，并以16.3kbps的速率通信；
· 超速模式下通信速率可達142kbps；
· 片上16位CRC生成器能確保數據傳輸的正確性；
· 出廠前激光刻錄和經過測試的64位唯一注冊號(8位族碼+48位序列號+8位CRC校驗碼)能保證絕對的跟蹤能力，因為沒有兩個部分是相似的；
· 8位族碼規定了器件與總線命令者通信的需求；
· 工作溫度范圍從－40°C～+85°C；
· 緊湊，低成本，8引腳SOIC表面安裝封裝。
2 引腳說明
DS2450為8腳貼片式封裝，如圖1所示。
3 DS2450工作原理與設置
3.1 原理框圖
DS2450單總線四路A/D轉換器是一個具有四選一多路轉換開關的逐次逼近A/D轉換器。其內部組成原理框圖如圖2所示。
圖2中上部是工作電源。器件通過單總線或者從VCC引腳取得功率。如果不用VCC供電，器件在單總線為高期間把能量儲存在一個內部電容器上，并且在單總線為低期間繼續以“寄生”功率為動力工作，直到單總線為高時才補充寄生(電容器上)能量。這就提供了足夠的能量。要進行A/D轉換，需要將單總線強上拉到5V，或者使用VCC供電。中部4個方框是單總線協議控制和CRC校驗。每一個 DS2450出廠前用激光刻錄注冊號，此注冊號包含一個唯一的48位序列號、一個8位CRC校驗碼和一個8位族碼(20H)。DS2450的64位ROM部分不僅是器件絕對唯一的電子標識，而且是定位和尋址器件以實現控制功能的一種手段。CRC(Cyclic Redundancy Check)稱為循環冗余碼檢測，是數據通信中校驗數據傳輸是否正確的一種常用方法。下部3個方框是A/D轉換器及選通和控制電路。
3.2 單總線協議
DS2450采用達拉斯公司數據傳輸的單總線協議。與DS2450的通信需要一根雙向線，典型地可以是單片機端口的一個引腳。單總線協議的層次結構如圖3所示。單總線命令者首先必須發送七個ROM功能命令中的一個命令。七個ROM功能命令分別是：①讀ROM(讀取64位注冊號)；②匹配ROM(總線上有多個DS2450時，尋址某個DS2450)；③查找ROM(系統首次啟動后，需識別總線上各器件)；④條件查找ROM(只查找輸入電壓超過設置的報警門限值的DS2450)；⑤跳過ROM(總線上只有一個DS2450時，跳過讀ROM命令直接向器件發送命令，以節省時間)；⑥超速跳過ROM(超速模式下跳過讀ROM命令)；⑦超速匹配ROM(超速模式下尋址某個DS2450)。在成功執行上述命令之一后，總線命令者可發送任何一個可使用的命令來訪問存儲和控制功能。所有數據的讀寫都是從最低位開始的。
3.3 器件存儲器
DS2450所有的寄存器都映射到一個由相鄰24個字節組成的線性內存范圍內，分為3頁，每頁8字節。第一頁叫做轉換讀出頁，內部邏輯將轉換結果放在此內存區域以讓總線命令者讀取。從通道A最低地址00開始，每個通道有一個16位的區域用來存放轉換結果，如表1所示。為節省篇幅，表1、表2、表3只列出了通道D。
上電時轉換讀出寄存器缺省為全零。不管分辨率如何，轉換結果的最高位總是在同一位置。如果分辨率小于16位，轉換結果的低位將用零填充來產生一個16位結果。對于不需要四路模擬輸入的應用，應當將D作為第一個通道，C作為第二個通道，依次類推。這樣做的優點是當讀取轉換結果時，可以較快地到達頁尾和讀取CRC16，并且可使單總線上的流量最小。
通道控制和狀態信息存于第二頁，如表2所示。其第一字節的低四位控制A/D轉換位數，如1111為15位。位5不起作用，始終為0。位6為輸出控制，OC為0該通道可以輸出。位7是輸出使能，OE為1表示通道可控。第二字節的位0選擇輸入電壓的范圍。當IR為0時，是2.55V。當IR為1時，是5.10V。位1不起作用，讀出總是0，且不能置為1。位2和位3分別是AEL(低限報警使能)和AEH(高限報警使能)，控制器件是否將響應條件查找(見ROM功能)。位4和位5分別是報警標志AFL(低)和AFH(高)，告訴總線命令者在上次轉換中輸入電壓是否超過了最低或最高門限。如果新的轉換不產生報警，那么這些標志將自動清除，也可不通過轉換而由總線命令者寫為0。位6讀出總是0，且不能置為1。位7為器件上電復位狀態，當器件執行上電復位周期時，POR自動置為1。如果該位為1，器件將總是響應條件查找命令，以便通知命令者控制和門限數據不再有效，但不會產生一個復位周期。上電完畢后，總線命令者需將POR位置為1。該過程可與恢復控制和門限數據一起進行。因為POR位與器件而不是具體通道有關，因此使用的是最近一次的設置值。上電時每個通道的控制/狀態數據的第一個字節為08H，第二個字節為8CH。
每個通道的報警門限電壓存于第三頁，見表3。低報警門限位于第一字節，低報警門限上電時缺省為00H，高報警門限為FFH。報警設置總是8位。當分辨率大于或等于8位時，如果轉換結果比存儲在高報警寄存器(AFH)中的值大，或者比存儲在低報警寄存器(AFL)中的值小，那么就會設置報警標志。當分辨率低于8位時，忽略報警寄存器的最低位。
地址18到1F為第四頁，工廠校準時使用該頁。用戶可以通過讀內存和寫內存命令來訪問該頁，該頁數據的改變會使DS2450校準失靈或者失去功能。如果DS2450由VCC供電，那么必須在上電完畢后向地址1C寫入十六進制40來使模擬電路永久地保持在工作狀態。
4 工程應用
在單總線系統中，掛上DS2450A/D轉換器后，則可通過傳感器把各種物理量變為數字經單總線送計算機進行處理了。圖4展示了以PC機作控制時的氣象監測系統的部分示意圖。圖5是以單片微機作控制時的環境測控系統的部分示意圖。
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5 軟件設計
為保證數據可靠地傳送，任一時刻單總線上只能有一個控制信號或數據。進行數據通信時應符合單總線協議，計算機對某一測控對象操作時，一般有以下四個過程：(1)初始化信號；(2)傳送ROM命令；(3)傳送RAM命令；(4)數據交換。每次傳送的數據或命令是由一系列的時序信號組成的，單總線上共有四種時序信號：(1)初始化信號(復位信號)；(2)寫0信號；(3)寫1信號；(4)讀信號。軟件設計時要產生這四種時序信號波形。
在單總線系統中，軟件設計是技術的關鍵。簡潔的硬件配置是靠復雜的軟件來支撐的。隨著主控計算機的不同，可分為PC機控制和單片機控制兩種情況。
5.1 PC機控制
在這種情況下，使用達拉斯公司授權軟件開發商(ASDs)的TMEX套裝軟件開發工具來進行軟件設計。上述四種時序信號波形程序已包含在TMEX中，編程時可直接調用。TMEX其實是一些動態鏈接庫，提供了對單總線芯片進行訪問和控制的函數，它支持Microsoft Windows及DOS的各種軟件平臺，可采用C、C++、Borland Delphi、Microsoft Access和Visual Basic等可視化編程語言來開發；還支持DS9097U通用串行口轉換器、DS9097、DS9087E及“真正”接地串行口轉換器和DS1410E、DS1410D并行轉換口。因此，可以設計精美、生動的界面，既可看到監控系統的總布局圖，又可查看某個監控現場的狀態數據和指示信號，達到了現代化、自動化的管理水平。
5.2 單片機控制
在這種情況下，要采用單片機的匯編語言編程。根據單總線協議的規定，要編寫產生上述的四種時序信號波形的程序，手冊中對這四種波形參數(如脈沖上升時間、寬度和間隙等)都作了具體的要求，設計中應保證指令執行時間小于或等于時序信號中的最小時間。由于使用匯編語言編寫單總線的系統程序和具體的應用程序，相比之下，要比使用PC機控制麻煩多了。
參考文獻
1 Dallas. Products Data Book，1999(網絡版)
2 Dallas. Application Net Book，1999(網絡版)
3 吳江，陳尚松. 單總線技術在測控系統中的應用. 電測與儀表，1999(9)