2. Микроконтроллер aDμC812 семейства MicroConverter™ фирмы analog devices

MicroConverter™ ADμC812 характеризуется возможностью сбора, преобразования, обработки и хранения данных на одном кристалле, это первая микросхема, поддерживающая стандартный интерфейс IEEE 1451.2. Это семейство микросхем получило общее название MicroConverter, которое зарегистрировано как торговая марка фирмы Analog Devices. Первая микросхема в составе этого семейства (название ADμC812 обозначает: AD – Analog Devices, μC – МикроКонвертер, 8 – число входных каналов АЦП, 12 – разрядность АЦП) содержит полный 12-битный АЦП с 8-канальным мультиплексором и высокопроизводительный двухканальный ЦАП, объединённые с Flash-памятью и микропроцессорным ядром 80С52, ставшим промышленным стандартом. Дополненный последовательным портом, поддерживающим несколько стандартных конфигураций, МикроКонвертер представляет собой уникальную интеграцию технологий, вылившуюся в выпуск первой в мире полноценной промышленной системы сбора данных (микроконтроллер, память, АЦП и ЦАП) на одном кристалле.

ADμC812 – это полностью интегрированная 12-разрядная система сбора данных, состоящая из высокопроизводительного многоканального АЦП с функцией самокалибровки, двухканального ЦАП и программируемого 8-разрядного микроконтроллера, совместимого по системе команд с контроллерами семейства 8051, на одном кристалле.

ADμC812 выпускается в 52-выводном PQFP корпусе, специфицирован на температурный диапазон от –40 до +85 ºС, и имеет несколько режимов энергопотребления («нормальный», «спящий» и «отключенный») при питании как от 3 В, так и от 5 В источника.

Микросхема состоит из четырёх основных блоков: блока аналогового ввода-вывода, блока ядра микроконтроллера, блока памяти и блока периферийных устройств.

Блок аналогового ввода-вывода основан на быстром 12-разрядном АЦП, работающем от одного источника питания, и содержащем, помимо многоканального мультиплексора устройство выборки-хранения, источник опорного напряжения и функцию самокалибровки. Встроенный прецизионный источник опорного напряжения величиной 2.5 В позволяет обходиться без внешних источников при работе с аналоговыми сигналами в диапазоне от 0 до 2.5 В. При большем размахе входных сигналов (от 0 до напряжения питания) возможно подключение внешнего источника опорного напряжения. Максимальная производительность АЦП составляет 200 тыс. измерений в секунду, что вполне достаточно для большинства промышленных приложений. Интегральная нелинейность АЦП составляет величину ±1/2 МЗР (младшего значащего разряда), отношение сигнал/шум находится на уровне не хуже 70 дБ при сигнале 10 Кгц, что позволяет говорить о том, что данный АЦП действительно имеет 12-разрядную точность, как по статическим, так и по динамическим параметрам.

Режим работы АЦП задаётся микроконтроллером и может быть как «однократным», так и «автоматическим» с прямой записью результатов измерений в память микроконтроллера в режиме ПДП.

На кристалле имеется встроенный датчик температуры, который можно использовать как для независимых измерений температуры окружающей среды, так и в режиме калибровки АЦП.

Функции аналогового вывода обеспечиваются двумя 12-разрядными ЦАП, снабженными выходными буферами-усилителями. Каждый ЦАП может работать как в 8-, так и в 12-разрядном режиме, и имеет программируемый размах выходного напряжения в пределах от 0 до 2.5 В или от 0 до напряжения питания.

Блок ядра микроконтроллера основан на полноценной архитектуре контроллеров семейства 8051 и полностью совместим с ними по системе команд. Микроконтроллер работает на тактовой частоте 12 МГц, имеет в своем составе три программируемых 16-разрядных таймера/счётчика, 24 программируемых порта ввода/вывода, 8 программируемых портов ввода и поддерживает систему прерываний от 9 источников с двумя уровнями приоритета.

Блок памяти состоит из 8 Кбайт внутренней FLASH-памяти для хранения программ, 640 байт внутренней FLASH-памяти для хранения данных, 256 байт ОЗУ для хранения данных и имеет расширенные возможности по адресации внешней памяти. При этом адресное пространство данных составляет 16 Мбайт, а адресное пространство программ – 64 Кбайт. Внутренняя флэш-память программ имеет возможность работы в нескольких «безопасных» режимах, т. е. возможности защиты как от несанкционированной записи, так и от несанкционированного считывания.

Блок периферийных устройств включает в себя дополнительные функции, превращающие данную микросхему в законченную высокопроизводительную систему сбора данных. Программируемый асинхронный последовательный порт, поддерживающий полный дуплексный режим работы, имеет также буфер на входе, позволяющий осуществлять приём следующего байта информации перед тем, как предыдущий байт будет считан процессором. Для осуществления синхронного обмена, на кристалле предусмотрены порт SPI-интерфейса и 2-проводной порт I²C интерфейса.

Для повышения надёжности работы ADμC812 на кристалл интегрированы монитор источника питания, уровень срабатывания которого может быть выбран из пяти задаваемых пользователем напряжений в диапазоне от 2.6 В до 4.6 В, и сторожевой (Watchdog) таймер с программируемой задержкой сигнала сброса от 16 до 2048 мс.