摘要：AduC824是AD公司新推出的集成了24位∑-△A/D的高性能单片机，它将8051内核、两路24位+16位∑-△A/D、12位D/A、FLASH、WDT、μP监控电路、温度传感器、SPI和I2C总线接口等资源全部集成在一个芯片内，体积小，功耗低，因而在一定程度上代表了单片机今后的发展趋势，文中介绍了它的特点和功能，并给出了AduC824在HART智能变送器中的应用实例。

1概述

ADuC824是AD公司新推出的高性能单片机，它在内部集成了高分辨率的A/D转换器，是目前片内资源最丰富的单片机之一。它将8051内核、两路24位+16位∑-△A/D、12位D/A、FLASH、WDT、μP监控电路、温度传感器、SPI和I2C总线接口等丰富资源集成于一体，体积小、功耗低、非常适合用于各类智能仪表、智能传感器、变送器和便携式仪器等领域。

2ADuC824的性能特点

ADuC824是一个片内资源非常丰富的单片机，各种片内资源都有其独自的特点，主要表现如下：

●高分辨率∑-△ADCS

有两个独立的通道(24位+16位分辨率)；

内含可编程增益放大器；

在20Hz/20mV范围内有13位有效分辨率；

在20Hz/2.56V范围内有18位有效分辨率。

●存储器

8K字节片内Flash/EE程序存储器；

640字节片内Flash/EE数据存储器；

256字节片内RAM。

●8051内核

可与8051指令系统兼容(最高时钟频率12.58MHz)；

具有32kHz外部晶振和片内PLL；

有3个16位定时/计数器；

内含12个中断源、2个优先级。

●电源

可用于3V或5V操作；

一般情况下为3mA/3V(核心时钟频率为1.5MHz)；

掉电保持电流为20μA(32kHz的晶振运行频率)。

●内含的其它外围设备有：

片内温度传感器；

12位电压输出DAC；

双激励恒流源；

时间间隔计数器；

2线(I2C可兼容)和SPI串行I/O；

看门狗定时监视器(WDT)；

电源供电监视器(PSM)。

3ADuC824的结构

ADuC824的内部功能结构如图1所示。

3.1双通道∑-△型A/D

ADuC824包括两个带有数字滤波器的∑-△ADC通道(主通道和辅助通道)。主通道用于测量主传感器的输入，这个通道具有缓冲器，可以接收来自输入管脚Ain1/2和Ain3/4的差分信号。在缓冲器意味着可处理较高内阻的信号源，而且可在输入通道前加入模拟RC滤波器。主通道可通过调节编程放大器的增益而接收±20mV，±40mV..±2.56V等8种量程的输入。辅助通道用于接收辅助信号的输入，例如冷端二极管或热敏电阻的输入，此通道无缓冲器，只有一个固定为±2.56V的输入范围。

AD通道的设置和控制是通过专用寄存器块(SFR)中的一组寄存器来实现的。其名称以及在SFR中的地址和功能如下：

ADSTAT(D8H)：状态寄存器，包括数据准备就绪、校准状态和一些出错信息。

ADMODE(D1H)：模式寄存器，控制主通道和辅助通道的操作模式。

AD0CON(D2H)：主通道控制寄存器。

AD1CON(D3H)：辅助通道控制寄存器。

SF(D4H)：数字滤波器寄存器，通过调节滤波器参数来控制主、辅通道数据的更新速率。

ICON(D5H)：恒流源控制寄存器，用于控制片内恒流源(片内有两个200μA恒汉源，可缎带外接变送器提供激励电流)。

AD0L/M/H(D9/DA/DBH)：三字节，用于存放主通道24位转换结果。

AD1L/H(DC/DDH)：两字节，用于存入辅助通道16位转换结果。

OF0L/M/H(E1/E2/E3H)：三字节，用于存放主通道偏移校准系数。

OF1L/H(E4/E5H)：两字节，用于存入辅助通道偏移校准系数。

GN0L/M/H(E9/EA/EBH)：三字节，用于存放主通道增益校准系数。

GN1LH(EC/EDH)：两字节，用于存放辅助通道增益校准系数。

3.2ADuC824的存储器结构

ADuC824的片内存储器包括8k字节片内Flash/EE程序存储器、640字节片内Flash/EE数据存储器和256字节片内RAM。

ADuC824的程序和数据存储器有分开的寻址空间。如用户在EA置0时上电或复位，则芯片执行外部程序空间的指令而不能执行内部8kFlash/EE程序存储器空间的指令。若EA被置0，则从内部8kFlash/EE开始执行程序。附加的640字节Flash/EE数据存储器是通过专用寄存器块(SFR)中的一组控制寄存器来间接访问的。图2是内部数据存储器中的配置图。

ADuC824的片内Flash/EE程序存储器可用两种模式进行编程：即在线串行下载和并行编程。另外，ADuC824还可通过标准的UART串行端口下载源代码。若管脚PSEN通过一个下拉电阻被下拉，芯片则自动进入串行下载模式。当设备连接正确时，源代码将自动载入到程序存储器，并可通过这种方式进行在线编程。

3.3其它外设

a.DAC

ADuC824上集成了一个12位电压输出的数据转换器。它有一个轨对轨的电压输出缓冲，可驱动10kΩ/100pF的负载。它有两个输出范围：0到VREF和0到AVDD，能以8位或12位模式工作。DAC有一个控制存储器DACCON和两个数据寄存器DACL/H。

b.片内PLL

一般∑-△型AD都需外接一个晶振，CPU工作也需要外部晶振。ADuC824使用一个32.768kHz的外部晶振同时为AD和CPU提供时钟信号。片内PLL以倍速锁存(32×16倍)方式为系统提供稳定的12.582912MHz的时钟信号。CPU核心可以用这个频率工作，也可以以该频率分频后的频率工作，以降低功耗，减少干扰。AD时钟也来源于PLL时钟，其调制速度和晶振频率相同。以上的频率选择保证了AD调制器和CPU核心的时钟同步。PLL的控制寄存器是PLLCON。

C.时间间隔计数器(TIC)

时间间隔计数器可用于计量较长的时间间隔，而标准8051的定时/计数器却不能。有六个SFR寄存器与TIC有关，TIMECON是它的控制寄存器，INTVAL是用户定时设置寄存器，当TIC的计时器达到INTCVAL的设置值时，TIC将有一个主动的输出，此输出可引发一个中断或使TIMEON中的TII位置位。HOUR、MIN、SEC、HTHSEC分别是时、分、秒、1/128秒的寄存器。

ADuC824的外设还包括片内温度传感器、门狗定时器(WDT)、电源供电监视器(PSM)、SPI串行接口和I2C串行接口等。

4ADuC824dHART智能变送器中的应用

图3是该变送器的硬件电路框图。HART协议是现场总线的一种，它具有4～20mA模拟信号传输与调制的数字信号通讯兼容的特点，因而受到用户的广泛欢迎。作为一个开放性协议，经过十多年的发展，HART协议已成为智能仪表事实上的工业标准、经调查，世界智能变送器市场中符合HART协议的产品已点76%以上。

HART智能变送器硬件电路可分为4大部分：电源模块、传感器模块、CPU模块和HART通讯模块。电源模块的主要功能是将环路24V电压转换为集成芯片的3V供电电压；传感器模块用来将现场物理信号转换为相应的电压信号；HART通讯模块用于HART协议物理层的实现；CPU模块是整个变送器的核心，在原有的智能变送器中，CPU、A/D、D/A、EEPROM、WDT等芯片及这些芯片的外围器件是必不可少的，由于ADuC824将这些功能都集成到了一块，因此用单独的一片ADuC824即可构成CPU模块。使用ADuC824后不但大大减少了元器件数量和线路板面积，从而降低了产品成本，而且由于集成度的提高也使可靠性得以提高，功耗也比原来低。在软件编程上，由于无须再编写和这些芯片的接口程序，编程的工作量也随之降低，因而程序的运行速度也更快了。

智能变送器硬件电路的设计关键在于解决低功耗问题。由于HART通讯的要求，有0.5mA的正弦波电流信号叠加在4mA电流上，因此整个硬件电路的工作电流必须在3.5mA以下，由于传感器部分的耗电在1mA左右，因此CPU模块和MODEM的耗电应限制在2.5mA以内。

ADuC824在供电电压为3V、工作时钟为1.5MHz时的典型电流消耗为3mA，通过软件编程可使CPU在每个工作周期完成工作任务后进入待机方式，此时的工作电流只有0.75mA。由于在每个工作周期内的工作时间只占1/3，因此平均工作电流可限制在1.5mA左右，可完全满足低功耗的需要。

5小结

ADuC824以其丰富的片内资源被广泛应用于智能仪表、智能传感/变送器、称重仪器、压力测量、便携式仪器等领域。同时ADuC824也代表了当今单片机的发展趋势。在未来，针对不同的应用领域而推出的单片机将把大部分的功能集成在一个单片内，单片机系统的设计工作将主要是两部分：选择合适的单片机和编写软件。而系统外围器件的选择和外围电路的设计将变得非常简单。