feryjnych w jednym uk³adzie scalonym jest

dla konstruktora i programisty docelowego

urz¹dzenia lepszym rozwi¹zaniem ni¿ wy-

korzystywanie dwóch samodzielnych jedno-

stek: przetwornika a/c i mikrokontrolera.

Podstawow¹ trudnoœci¹ w tworzeniu uk³a-

dów scalonych zawieraj¹cych w jednej

obudowie mikrokontroler i przetwornik

a/c jest koniecznoœæ eliminacji szumów.

W MSC1210 problem szumów rozwi¹zano

lepiej ni¿ w wiêkszoœci samodzielnych prze-

tworników a/c i zdecydowanie lepiej ni¿

w innych dostêpnych na rynku mikrokontro-

lerach zintegrowanych z przetwornikami

a/c.

Uproszczony schemat blokowy uk³adu

MSC1210 przedstawiono na rys.1. Na

schemacie zosta³y zaznaczone: rozsze-

rzona jednostka 8051 wspó³pracuj¹ca

z przetwornikiem analogowo-cyfrowym ty-

pu delta-sigma o du¿ej rozdzielczoœci, 8-ka-

na³owy multiplekser, wzmacniacz PGA (Pro-

grammable Gain Amplifier), pamiêæ pro-

gramu i danych typu flash, precyzyjne

Ÿród³o napiêcia odniesienia oraz 32-bitowy

akumulator.

Na rys.1 jest widoczny istniej¹cy wewn¹trz

struktury MSC1210 tor pomiarowy sygna-

³u analogowego. Multiplekser umo¿liwia

do³¹czenie wiêkszej liczby sygna³ów wej-

œciowych bez koniecznoœci zwiêkszania

liczby przetworników.

Kolejny sk³adnik toru analogowego to pro-

gramowalny wzmacniacz PGA. Wzmoc-

nienie PGA wynosi 2

n

V/V, gdzie n mo¿e

mieæ wartoœæ od 0 do 7, a wiêc maksymal-

na wartoϾ wzmocnienia wynosi 128 V/V.

Przetwornik a/c typu delta-sigma dokonuje

precyzyjnej konwersji sygna³u analogowe-

go na jego cyfrow¹ reprezentacjê. Wewnê-

trzne Ÿród³o napiêcia odniesienia, ozna-

czone V

REF

, dostarcza dok³adne i stabilne

napiêcie odniesienia, z którym wewn¹trz

przetwornika a/c porównywany jest wej-

œciowy sygna³ analogowy. W uk³adach

MSC1210 istnieje mo¿liwoœæ wyboru napiê-

cia odniesienia o wartoœci 1,25 V lub 2,5 V.

B³¹d maksymalny napiêcia odniesienia wy-

nosi 0,2%. Mo¿liwe jest tak¿e do³¹czenie

zewnêtrznego Ÿród³a napiêcia odniesienia.

Wykorzystanie przetwornika a/c typu delta-

sigma umo¿liwi³o uzyskanie wysokiej, 24-bi-

towej rozdzielczoœci. Przetworniki delta-

sigma idealnie nadaj¹ siê do pomiarów

przebiegów wolnozmiennych. Znajduj¹cy

siê wewn¹trz MSC1210 przetwornik sk³ada

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 9/2003

MSC1210 to nowy

produkt firmy Texas

Instruments ³¹cz¹cy

w sobie precyzyjny

24-bitowy przetwornik

analogowo-cyfrowy

i rozszerzony rdzeñ 8051

z pamiêci¹ flash. Nie jest

to jednak kolejny typowy

mikrokontroler rodziny

‘51 z wbudowanym

przetwornikiem a/c, lecz

znacznie wiêcej –

MSC1210 to inteligentny

przetwornik a/c.

O

becnie jest na rynku wiele

uk³adów rodziny 8051 z wbu-

dowanym przetwornikiem a/c.

Klasyczne ju¿ rozwi¹zania to

uk³ady SAB80515/80535 firmy Siemens

wyposa¿one w 8-bitowy przetwornik a/c.

Powszechne i tanie s¹ mikrokontrolery

8051 z 10-bitowymi przetwornikami a/c.

Standardem sta³a siê te¿ pamiêæ programu

i danych typu flash. Czym wiêc wyró¿nia siê

MSC1210 na tle produktów konkurencji?

Wiêkszoœæ dostêpnych na rynku uk³adów

charakteryzuje siê du¿ymi mo¿liwoœciami

i funkcjonalnoœci¹, jednak¿e wy³¹cznie

w obrêbie jednej czêœci: analogowej lub

cyfrowej. MSC1210 reprezentuje zupe³nie

inne podejœcie do idei integracji mikrokon-

trolerów z przetwornikami a/c. Uk³ad ten

nie jest mikrokontrolerem z do³¹czonym

przetwornikiem a/c, lecz równorzêdnym

po³¹czeniem wysokiej jakoœci 24-bitowe-

go przetwornika a/c z rozbudowanym rdze-

niem

,

51.

Zintegrowanie precyzyjnego przetwornika

a/c, mikrokontrolera i jego obwodów pery-

r

PODZESPO£Y

siê z modulatora i filtru cyfrowego. Modula-

tor zawiera wzmacniacz ró¿nicowy, inte-

grator i komparator oraz przetwornik

c/a w pêtli sprzê¿enia zwrotnego. Zastoso-

wanie filtru cyfrowego zamiast analogowe-

go gwarantuje niezale¿noœæ jego dzia³a-

nia od zmian temperatury i up³ywu czasu.

Uproszczony schemat blokowy przetworni-

ka przedstawiono na rys 2. Przetworniki

delta-sigma znajduj¹ zastosowania w po-

miarze analogowych procesów przemys³o-

wych, inteligentnych czujnikach i wagach

elektronicznych.

W MSC1210 do wymiany danych pomiêdzy

przetwornikiem a mikrokontrolerem s³u¿y

32-bitowy akumulator. Na zawartoœci aku-

mulatora, czyli na reprezentacji wejœcio-

wego sygna³u analogowego, mo¿na bezpo-

MSC1210 - INTELIGENTNY

PRZETWORNIK A/C

26

Rys. 1. Uproszczony

schemat blokowy uk³adu

MSC1210

Rys. 2. Uproszczony schemat blokowy

przetwornika a/c typu delta-sigma znajduj¹cego

siê w uk³adach MSC121x

œrednio przeprowadzaæ operacje dodawa-

nia, odejmowania i przesuwania, bez ko-

niecznoœci anga¿owania zasobów proceso-

ra. Takie rozwi¹zanie wp³ywa na zmniejsze-

nie rozmiarów kodu Ÿród³owego i szybkoœæ

dzia³ania tworzonej aplikacji. Czêœæ analo-

gowa uk³adu zawiera tak¿e wewnêtrzny

czujnik temperatury o liniowej charakterysty-

ce. MSC1211 i MSC1212 maj¹ ponadto

przetworniki cyfrowo-analogowe.

W wbudowanym w MSC1210 mikrokontro-

lerze wykorzystano rdzeñ popularnego

8051. Instrukcje MSC1210 s¹ zgodne z li-

st¹ rozkazów

,

51. Efekty operacji na bitach,

flagach i rejestrach s¹ wiêc takie same,

jednak czas wykonywania rozkazów jest

krótszy. Przy tej samej czêstotliwoœci ze-

gara taktuj¹cego MSC1210 wykonuje in-

strukcje trzykrotnie szybciej ni¿ standardo-

wy 8051. W MSC1210 realizacja jednej in-

strukcji zajmuje cztery cykle zegarowe,

w standardowym 8051 – dwanaœcie.

MSC1210, przy trzykrotnie mniejszej czêsto-

tliwoœci oscylatora, dzia³a wiêc z tak¹ sam¹

W

ejœcie analogowe

W

yjœcie cyfrowe

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 9/2003

27

szybkoœci¹ jak standardowy 8051. Wiêksza szybkoœæ dzia³ania

MSC1210 umo¿liwia zmniejszenie czêstotliwoœci oscylatora, a wiêc

te¿ zmniejszenie poboru mocy i poziomu szumów w uk³adzie, co jest

oczywiœcie istotne dla pracy przetwornika a/c. Przy zasilaniu czê-

œci cyfrowej napiêciem 5 V maksymalna czêstotliwoœæ taktowania

wynosi 33 MHz.

Zawarte wewn¹trz MSC1210 peryferia jednostki centralnej CPU to:

wewnêtrzna pamiêæ SRAM o pojemnoœci 1,2 kB, wspomniany

32-bitowy akumulator, interfejs SPI z buforem FIFO, podwójny in-

terfejs komunikacji szeregowej UART, dwubajtowy wskaŸnik DPTR,

watchdog, 16-bitowy PWM, SPI, uk³ad kontroli napiêcia zasilaj¹ce-

go, cztery 8-bitowe porty wejϾ/wyjϾ z konfigurowalnymi liniami I/O,

uk³ad zerowania po w³¹czeniu zasilania (power-on-reset), uk³ad za-

rz¹dzania poborem mocy, trzy timery/liczniki, 21 Ÿróde³ przerwañ

i oczywiœcie najwa¿niejszy, opisany powy¿ej przetwornik analogo-

wo-cyfrowy.

Wewnêtrzna pamiêæ flash mo¿e byæ wykorzystywana jako pa-

miêæ programu i danych. Programowaæ mo¿na j¹ w uk³adzie za-

równo w sposób szeregowy, jak te¿ i równoleg³y. Poszczególne

uk³ady rodziny MSC121x (MSC1210, MSC1211 i MSC1212) ró¿-

ni¹ siê wielkoœci¹ pamiêci flash (od 4 do 32kB). Ponadto MSC1211

ma interfejs I

2

C. Uk³ady serii MSC121x s¹ wzajemnie kompatybil-

ne pod wzglêdem rozmieszczenia wyprowadzeñ, co u³atwia ich wy-

mianê w gotowym uk³adzie.

n

Wojciech Nowakowski

Opracowano na podstawie:

[1] www.ti.com/msc

[2] Materia³y z seminarium zorganizowanego przez firmê CONTRANS TI we Wroc³a-

wiu i poœwiêconemu uk³adowi MSC1210.

[3] Robert Schreiber, New Generation of Data Converters Combines Integration and

High Performance, Texas Instruments Incorporated - ECN, 6/1/2002.

Rys. 3. Strona www.ti.com/msc to obszerne Ÿród³o wiedzy na temat uk³adów

rodziny MSC121x

Przegl¹d wydawnictw

Tomasz Starecki

MIKROKONTROLERY 8051

W PRAKTYCE

Wydanie I

Wydawnictwo BTC. Warszawa 2002,

str. 296

Mikrokontrolery

,

51 po raz pierwszy wprowa-

dzi³a na rynek firma Intersil w 1980 roku. Mi-

mo swej doœæ d³ugiej historii s¹ nadal sze-

roko stosowane dziêki mo¿liwoœci zakupu

ró¿nych ich wersji po niskich cenach, do-

stêpnoœci wielu narzêdzi wspomagaj¹cych

projektowanie oraz bogatemu wyposa¿e-

niu w bloki peryferyjne. Ksi¹¿ka jest podrêcz-

nikiem dla wszystkich elektroników chc¹-

cych poznaæ budowê i sposób programowa-

nia kontrolerów rodziny 8051.

Pierwsze rozdzia³y obejmuj¹ ogólne informa-

cje o mikrokontrolerach i systemach mikro-

procesorowych oraz omówienie architek-

tury rodziny

,

51. Nastêpnie Autor przedsta-

wia bardziej szczegó³owo wewnêtrzne uk³a-

dy peryferyjne oraz strukturê i obs³ugê prze-

rwañ. Te cechy mikrokontrolera s¹ czêsto

najwa¿niejsze z punktu widzenia konstruk-

tora. Omówiono te¿ wewnêtrzne pamiêci

programu oraz rejestry SFR. Istotnym czyn-

nikiem ograniczaj¹cym zastosowanie mi-

krokontrolerów, zw³aszcza w urz¹dzeniach

przenoœnych, bywa pobór mocy. Pierwsze

mikrokontrolery

,

51 by³y wykonane w tech-

nologii NMOS i pobiera³y doœæ du¿y pr¹d.

Teraz, dziêki technologii CMOS, jest on kil-

kunastokrotnie mniejszy. Mimo to, w celu

dalszego ograniczenia poboru mocy opra-

cowano specjalne tryby pracy, które mo¿na

spotkaæ w mikrokontrolerach CMOS rodzi-

ny

,

51. W ksi¹¿ce szczegó³owo omówiono

tryby: uœpienia (Idle), zamro¿enia (Power

Down), pracy zwolnionej (Slow Down) i za-

mro¿enia aktywowanego sprzêtowo (Har-

dware Power Down). Najobszerniejsze roz-

dzia³y ksi¹¿ki poœwiêcono szczegó³owej

liœcie instrukcji mikrokontrolerów

,

51 oraz

podstawom projektowania urz¹dzeñ z tymi

mikrokontrolerami.

¯adnego systemu mikroprocesorowego nie

da siê uruchomiæ bez u¿ycia podstawo-

wych narzêdzi s³u¿¹cych do tego celu.

W przypadku procesorów jednouk³ado-

wych takimi, najczêœciej stosowanymi narzê-

dziami s¹: asemblery, kompilatory jêzyków

wysokiego poziomu, symulatory i debug-

gery wewn¹trzuk³adowe. Oprócz nich opisa-

no te¿ programatory i zestawy demonstra-

cyjne, edukacyjne i protypowe, a zw³aszcza.

zestaw edukacyjny ZL1MCS51, który Czy-

telnicy mog¹ samodzielnie wykonaæ, gdy¿

podano tak¿e wzór p³ytki drukowanej.

W sk³ad rodziny

,

51 wchodzi obecnie kilka-

dziesi¹t ró¿nych typów mikrokontrolerów.

Ich przegl¹d, a tak¿e wybrane schematy

blokowe i rozmieszczenia wyprowadzeñ

zamieszczono w dodatku do ksi¹¿ki. Inne

przydatne w praktyce uzupe³nienia obej-

muj¹ wzory p³ytek drukowanych programa-

tora Easy Downloader, rozmieszczenia wy-

prowadzeñ alfanumerycznych wyœwietla-

czy LCD oraz tablice kodów ASCII.

Trzeba podkreœliæ znaczne walory praktycz-

ne ksi¹¿ki, w której informacje teoretyczne

ograniczono do niezbêdnego minimum.

Ksi¹¿ka jest z pewnoœci¹ warta polecenia in-

¿ynierom-projektantom stosuj¹cym mikro-

kontrolery z rdzeniem 8051, studentom wy-

dzia³ów elektroniki i automatyki, a tak¿e

wszystkim mi³oœnikom techniki mikropro-

cesorowej.

(mn)

Ksi¹¿ka jest dostêpna w wielu ksiêgarniach.

Dodatkowe informacje o zakupie: Wydawnictwo

BTC, http://www.btc.pl.,

e-mail redakcja

@

btc.pl