一種CSR電源控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)
引言
實際應用系統(tǒng)往往需要進行高精度的測量，同時還必須進行實時快速控制，提高其開發(fā)效率。為此人們常采用高精度A/D芯片加帶ISP開發(fā)功能的單片機系統(tǒng)來實現(xiàn)。德州儀器(TI)的MSC1210單片機解決了上述問題。它集成了一個增強型8051內核、高達33 MHz的時鐘周期、8路24位高精度∑-△A/D轉換器、Flash存儲器等。
1 微控制器MSC1210的工作原理
微控制器是將微型計算機的主要部分集成在一個芯片上的單芯片微型計算機。微控制器誕生于20世紀70年代中期，經(jīng)過20多年的發(fā)展，其成本越來越低，而性能越來越強大，這使其應用已經(jīng)無處不在，遍及各個領域。例如電機控制、條碼閱讀器/掃描器、消費類電子、游戲設備、電話、HVAC、樓宇安全與門禁控制、工業(yè)控制與自動化和白色家電(洗衣機、微波爐)等。微控制器(Microcontroller Unit,即MCU)可從不同方面進行分類：根據(jù)數(shù)據(jù)總線寬度可分為8位、16位和32位機;根據(jù)存儲器結構可分為Harvard結構和Von Neumann結構;根據(jù)內嵌程序存儲器的類別可分為OTP、掩膜、EPROM/EEPROM和閃存Flash;根據(jù)指令結構又可分為CISC(Complex Instruction Set Computer)和RISC(Reduced Instruction Set Computer)微控制器。
微控制器MSC1210是TI推出的一種集模擬、數(shù)字、閃速存儲器于一體的高性能微控制系統(tǒng)。其應用范圍十分廣泛。使用增強的數(shù)字處理內核和高速閃存并帶有高性能模擬和外圍部件，可以實現(xiàn)優(yōu)越的系統(tǒng)性能。MSC1210包含閃存、片內SFR、SRAM、閃存、暫存和Boot ROM.其存儲器在物理結構上有四個存儲空間：片內、片外程序存儲器，片內、片外數(shù)據(jù)存儲器。由不同的尋址指令對0000H~FFFFH共64KB的空間進行尋址。由于采用不同的尋址方式，程序段和數(shù)據(jù)段可以重疊。程序存儲器由MCU自動讀取，也可使用指令MOVC指定所要讀取的程序區(qū)，這通常用來查找表格。數(shù)據(jù)存儲區(qū)使用指令MOVX進行讀取，這條指令提供了多種尋址方式以指定目的地址，對64KB數(shù)據(jù)存儲器進行讀取。當片內存儲器使能時，片內范圍的操作將對片內存儲器進行讀取，片外范圍的操作將通過P0和P2口讀取外部存儲器。
MSC1210提供了雙數(shù)據(jù)指針(DPTR)加速數(shù)據(jù)塊的移動速度，它能根據(jù)外部存儲器的速度調節(jié)讀寫速度，在2~9個指令周期之間變化;它還提供給外部存儲器16位地址總線(P0和P2)。低位地址通過P0口復用得到，硬件可以控制P0和P2口是作為地址線還是作為通用的I/O.為了更好地提高效率，外圍設備也在8051基礎上作了改進。如SPI端口就增加了FIFO,使得傳輸數(shù)據(jù)有了緩沖區(qū)間。32位累加器的使用在處理ADC采樣或其它數(shù)據(jù)源來的多字節(jié)數(shù)據(jù)時將大大減輕CPU的負擔，使得24位加法和移位可以在幾個指令周期內完成，而無需通過軟件用數(shù)百個指令周期來完成。
2硬件系統(tǒng)設計
國家"九五"重大科學工程HIRFL-CSR(蘭州重離子加速器冷卻儲存環(huán))電源控制系統(tǒng)的主要功能是通過電源與計算機的通信模塊完成與中央控制中心的信息交換，接收遠程控制中心的各種監(jiān)測與遙控命令，并將電源的各種狀態(tài)信息反饋給控制中心?？刂葡到y(tǒng)通信模塊的設計是組建開關電源控制系統(tǒng)的關鍵，所設計的通信模塊與計算機通信，實現(xiàn)了計算機與電源的主從總線1∶N(本系統(tǒng)N=26)通信方式，并且采用了RS232C和RS485雙串行通信總線標準接口。
3軟件設計
軟件設計的開發(fā)平臺是Keil公司的Keil C7.0. 為了實現(xiàn)對微控制器MSC1210Y5進行命令操作，應用 C1210語言編寫的CSR電源控制系統(tǒng)的主要程序代碼如下。
void serial_init (void) file://串行口初始化
{
PCON |=0x80;
SCON = 0x52;
TMOD |= 0x20;
file://TH1 = 0xfe;
TH1 = 0xff;
TR1 = 1;
IE=0x80;
ES0 = 1;
CON_TXD=0;
}
void read_cmd(char i_cmd_buf) file://讀命令操作
{
··· ···
}
··· ···
void init_I_O(void) file://初始化I/O口
{
P0DDRL= 0x55; file://P0 是輸出模式
P0DDRH= 0x55;
P2DDRL= 0xff; file://P2 是輸入模式
P2DDRH= 0xff;
P3DDRH= 0x55;
P0=0xff;
P3 |=0xc0;
}
void init_dac_adc(void) file://初始化 DAC 和ADC
{
int decimation=1728;
/* Timer Setup */
CKCON = 0;
USEC= 10;
/* ADC-Vref, SPI and Systimers */[!--empirenews.page--]
PDCON = 0x1b;
PDCON &= 0x14;
SPICON = 0x06;
SPITCON = 0x28;
ACLK = 9;
/* Set up Aux interrupt */
AIE=0x40;
EAI=1 ;
/* Setup ADC */
PDCON &=0x0f7;
ADMUX=0x78;
ADCON0=0x00;
ADCON2=decimation &0xff;
ADCON3=(decimation 》8)&0x07;
ADCON1=0x41;
AI=CLEAR;
SSCON=0x00;
SSCON=0xDB;
}
void dacout (unsigned int val) file://DAC輸出
{
Sync = SET;
Sync = CLEAR;
SPIDATA = 0;
SPIDATA = (char)(val》8 & 0x00ff);
SPIDATA = (char)(val & 0x00ff);;
}
serial () interrupt 4 using 2 { file://寄存器組2用于中斷
unsigned char c,i;
if (RI) { // 如果接收器產生中斷
c = SBUF; file://讀數(shù)據(jù)
RI = 0; file://清除中斷請求標志位
if(!(cmd_err==0&&cmd_finish==1&&addr_ok==1)){
switch (c) { file://處理數(shù)據(jù)
··· ···}
ADCcmd_proc() interrupt 6 using 3 file://ADC命令處理
{
unsigned long sum;
sum = ((unsigned long int)SUMR3 《 24)
+ ((unsigned long int)SUMR2 《 16)
+ ((unsigned long int)SUMR1 《 8)
+ (unsigned long int)SUMR0;
adcsum[adcin_p]=(float)(sum*LSB);
adcin_p++;
adcin_p=adcin_p&7;
AI=CLEAR;
SSCON=0x00;
SSCON=0xDB; file://acc shift enable, accum 16x, right shift 4
}
4 結語
美國TI公司的帶24位A/D轉換的51內核混合信號處理器MSC1210具有很高的性能、很高的集成度、很大的靈活性。帶可編程增益放大的24位A/D轉換器可以實現(xiàn)非常高精度的模數(shù)轉換。經(jīng)過幾個月的運行表明，該電源控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定，較好地完成了系統(tǒng)的實時監(jiān)控和顯示任務。
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