II. Analog Devices MICROCONVERTER ADuC8xx 174
MICROCONVERTER TANITIMI 7.1. ANALOG DEVICES MICROCONVERTER (ADUC8XX) AİLESİNE GİRİŞ ADuC8xx microconverter ailesi, endüstri standardı 8051 mimari yapısına bir mikrokontrolör, yüksek hassasiyetli (12, 16 24 bit resolution), yüksek performanslı analog/digital digital/analog dönüştürücüleri (ADC DAC) ve çok çeşitli analog ve digital birimleri tek entegre devre üzerinde içeren mikrokontrolörlerden oluşmaktadır. On-chip download / debug interface e sahip olan microconverterlar, devre üzerinde monte edilmiş durumda iken programlanabilir, Üzerindeki ADC leri yazılım ile kalibre edilebilir. Çok küçük fiziksel boyutlarına karşın zengin çevre birimleri donatılmışlardır. Bütün gelişmiş özelliklerine karşın, pahalı ve geniş hacim kaplayan ürünlerin aksine, düşük maliyetli ve çok yüksek entegrasyona sahip bir ailedir. 175
Yüksek doğruluk ve yüksek hız özellikleri ile microconverterler, akıllı sensör kalibrasyonu, her tip bilgi toplama, işleme ve haberleşme gibi uygulamalar için uygundur. Yüksek doğruluk özelliği, tasarımcılar için çok cazip bir özelliktir. Ayrıca, Idle ve Power down modlarına sahip statik CPU yapısında olmaları nedeniyle çok az akım çekerek çalışabilmeleri sayesinde, düşük güç tüketimi gerektiren uygulamalar ve cihazlar için mükemmel bir seçenek oluştururlar. 7.1.1. ADUC8XX MCU LARIN GENEL ÖZELLİKLERİ UYGULAMA ALANLARI Akıllı sensör uygulamaları Ölçme ve kontrol sistemleri (Teraziler, endüstriyel kontrol cihazları, process kontrol vb) Yüksek hassasiyetli analog bilgi toplama ve işleme Düşük güç tüketimi gerektiren, pille çalışan taşınabilir cihazlar (el terminalleri, data logger, biyomedikal cihazlar vb) ÖZELLİKLERİ Yüksek doğrulukta yüksek hızda, çok kanallı A/D ve D/A dönüşümleri Endüstri standardı 8051 mikrokontrolör mimari yapısı Program ve veri hafızalarının devre üzerinde ( in-circuit ) programlanabilme özelliği Düşük maliyetli geliştirme kitleri ve yazılımları sayesinde hızlı ürün geliştirme 12 bitten 24 bite kadar çözünürlük, 5 Hz den 400 KSPS ye varan hız 62 KB a varan prorgram belleği, 4 KB a varan Flash/EEPROM Data belleği 8052: 8 bit, endüstriyel alanlarda 20 MIPS e kadar işlemci hızı 176
Microconverterlar üzerlerindeki ADC lerin SAR veya sigma-delta ( Σ ) yapısında olmasına göre iki gruba ayrılır. Şekil 7.1 de Microconverter ailesini oluşturan iki ana kol görülmektedir Şekil 7.1 SAR : Yüksek hızlı ( 200-247, 400 KSPS ), 12 bit rezolüsyonlu ADC Σ : Düşük hızlı ( 100-1300 örnek/s ), 16-24 bit rezolüsyonlu ADC Şekil 7.2 de SAR tipi ADC yapısına sahip olan microconverterların blok şeması görülmektedir. Şekil7.2 177
CPU core aktif iken oluşan gürültülere karşın, microconverter ailesi SAR tipi ADC ye sahip olan üyelerde geçerli olan ADC performansı Şekil 7.3 de görülmektedir. Şekil 7.3 Şekil 7.4 de Σ tipi ADC yapısına sahip olan microconverterların blok şeması görülmektedir. Şekil 7.4 178
Σ tipi ADC ye sahip olan microconverterların ADC performansı Şekil 7.5a ve Şekil 7.5b da görülmektedir. Şekil 7.5a Şekil 7.5b Σ tipi olan microconverterlarda ADC rezolasyonu çok daha yüksek olup ( 16-24 bit), çok düşük genlikli işaretler ile çalışılması mümkün olduğundan ADC girişinde bir PGA (Programmable Gain Amplifier) birimi yer almaktadır. Ayrıca akım kaynağı ve ikinci bir yardımcı ADC mevcuttur. Bu akım kaynağı, işlemcinin 4-20 ma transmitter gibi kullanılmasına imkan sağlamaktadır. 179
Analog Devices Microconverter Ailesindeki üyeler, sadece ADC yapısına göre değil, aynı zamanda hafıza kapasitesi ve MCU hızına göre de sınıflandırılabilir. İlk modellerdeki standart özellikler,ileriki modellerde, ADuC83x grubunda yüksek hafıza kapasiteli yapısı (32-62 KB ) ve ADuC84x grubunda yüksek hızlı mimari yapı ( 1 clock cycle = 1 machine cycle ) olarak geliştirilmiştir. Dolayısıyla aynı kristal frekansı için 12 kat hızlı işlem hızı elde edilebilmektedir. Bu özellikleri her üye için Tablo 7.7 de daha net görebiliriz. Tablo 7.1 8051 tabanlı yapıya ADuC serisinde eklenen yeni özellikler ile birlikte programlama modeli de bazı değişiklikler göstermiştir.bu model Şekil 7.8 dan gözlenebilir. 8 KB, 32 KB, 62KB 640 BYTE, 4KB FLASH/EE PROGRAM FLASH/EE DATA HAFIZASI MEMORY 8051UYUMLU MİMARİ YAPI 2304 BYTES RAM 128-BYTE SFR ALANI ADC Birimi ( 8 Kanal, 12 Bit/ 2 Kanal, 18-24 Bit/ 10 Kanal, 16-24 Bit) DİĞER ON-CHİP BİRİMLER SICAKLIK SENSÖRÜ 12 BİT DAC SERIAL I/O ( UART, SPI, I 2 C ) WDT PSM TIC PWM DMA Modu Şekil 7.6 Microconverter Programlama Modeli 180
Analog Devices sürekli geliştirdiği microconverterlarına yeni özellikler eklemektedir. Yüksek bellek alanları ve 12 kat hızlı CPU core yapısı bunlardan bazılarıdır. Şekil 7.7 de ilk microconverterlar ile 83x serisinin hafıza kapasitelerinin karşılaştırması gösterilmiştir. Standart AduC8xx Ürünleri Yüksek Hafızalı ADuC8xx Ürünleri ( ADuC812/814/816/824 ) ( ADuC831/2/4/6 ) On-chip Bellek On-chip bellek 62KB 640 bytes 256 Byte 8 KB + 4 KB 2 KB Flash/EE Data RAM Flash/EE Code Şekil 7.7 Flash/EE Data RAM Flash/EE Code ADuC8xx serisi microconverterların hafıza modeli Şekil 7.8 de görülmektedir. Standart 8051 ailesinde mevcut olmayan on-chip dahili SRAM, 2 KB kapasitesinde ADuC83x ve ADuC84x de bulunmaktadır. MOVX komutuyla erişilen bu bölge genel amaçlı veri RAM olarak kullanılabileceği gibi, arttırılmış yığın alanı ( extended stack space ) olarak da kullanılabilmektedir. Ayrıca yine standart 8051 lerde bulunmayan EEPROM veri hafızası 640 Byte ya da 4 KB olarak kullanıma sunulmuştur. Şekil 7.8 181
Gelişen teknoloji ve yeni tarzdaki devre tasarımlarına uygun üretilen Microconverter ailesi çeşitli kullanım gereksinimlerine uygun değişik kılıf tiplerine sahiptir. Şekil 7.9 de Analog Devices Ailesi microconverterlarının kılıf tipleri görülmektedir. 14mm 14 m m 52-PQFP 6. 5 m m 9.8mm 28-TSSOP 8 m m 8mm 56-CSP Şekil7.9a Şekil 7.9b İlk microconverterların işlem hızı, standart 8051 de olduğu gibi 12 clock cycle = 1 machine cycle iken Şekil 7.10 da görüldüğü gibi ADuC84x serisi ile 1 clock cycle = 1 machine cycle olacak şekilde arttırılmıştır. Dolayısıyla aynı core clock frekansına sahip olan ADuC84x lerde program işletim süresi 12 kat kısalmıştır. Oscillator 12-Clock 8052 machine cycle 1-Clock 8052 ADuC83x - 1.3MIPS Peak @ 16MHz Clock ADuC84x - 16MIPS Peak @ 16MHz Clock (3V) - 20MIPS Peak @ 20MHz Clock (5V) Şekil 7.10 182
Piyasadaki çoğu microcontroller ticari (0 C /+70 C) veya endüstriyel (-40 C /+ 85 C) çalışma sıcaklık aralığında üretilirken microconverter ailesi üyeleri en az endüstriyel standartlarda, hatta çeşitli modelleri -40 C / +125 C aralığında çalışacak şekilde üretilmektedir. ADuC812-40 C -> 125 C ADuC814-40 C -> 125 C ADuC816-40 C -> 85 C ADuC824-40 C -> 85 C ADuC834-40 C -> 125 C ADuC836-40 C -> 125 C ADuC831-40 C -> 125 C ADuC832-40 C -> 85 C ADuC841-40 C -> 85 C ADuC842-40 C -> 85 C ADuC843-40 C -> 85 C ADuC845-40 C -> 125 C ADuC847-40 C -> 125 C ADuC848-40 C -> 125 C 7.1.2. STANDART 8051 AİLESİ İLE BENZERLİKLERİ / FARKLILIKLARI Analog Devices Microconverterları, 8051 çekirdeğine sahip olduğu için 8051 ile birçok ortak özelliğe sahiptir. Bunun yanında 8051 den farklı, geliştirilmiş birçok yeni özelliğe sahiptir. BENZERLİKLER: Standart 8052 deki 8 KB on-chip bellek Analog Devices microconverter ailesinde de aynen korunmuş olup, bazı modellerde 32-62 KB a kadar çıkmaktadır. Standart 8052 de 256 Byte olan Internal Data RAM, ADuC8xx Ailesinde korunmuş, bazı modellerde harici 2 KB eklenmiştir. ADuC8xx Ailesinde, standart 8051 deki SFR ler aynen korunmuş, ancak yeni özelliklerle beraber yeni SFR ler eklenmiştir. ADuC8xx Ailesi Standart 8051 ile aynı port özelliklerini göstermektedir. ( ADuC814 de harici veri hafızası erişimi bulunmaz. ) Standart 8051 ile ADuC8xx Ailesi interrupt yapısı benzer özellikler gösterir. 8051 deki 5 farklı, 6 kesme kaynağı yapısı ADuC8xx Ailesinde aynen korunmuş, ek olarak yeni interrupt kaynakları eklenmiştir. 183
Standart 8051 deki 12 clock cycle = 1 machine cycle eşitliği ADuC8xx ailesindeki ADuC84x serisine kadar geçerlidir. ADuC84x ile birlikte işlem hızı arttırılmıştır. Microconverterlarda standart 8052 de yer alan 16 bitlik Timer / Counter yapısı aynen korunmuştur. On-chip osilatör devresi, ADuC812/831/841 de standart 8051 ile aynıdır, diğerlerinde ilave özellik PLL devreye girmiştir. ADuC8xx Ailesinde de 8051 deki gibi full duplex UART yapısı bulunmaktadır. FARKLILIKLAR: Standart 8051 deki 5 vektörlü, 6 kesme kaynağı sayısı, Analog Devices Ailesi microconverterlarda artmış, yeni kesme vektörleri eklenmiştir.şekil 7.11 de 8051 deki kesme vektörleri görülürken, Şekil 7.12 da ADuC812 microconverterı kesme vektörleri görülmektedir. Şekil 7.11 184
Power Supply Monitor External INT0 (P3.2) End of ADC or DMA mode Conv. IT0 PSMI (PSMCON.5) IE0 ADCI EPSM (IE2.1) EX0 EADC PX0 PADC High Priority Low Priority Timer0 Overflow External INT1 (P3.3) Timer1 Overflow SPI/I2C Port UART Timer2 Overflow IT1 EXEN2 I2CI ISPI RI TI TF2 EXF2 TF0 IE1 TF1 OR OR OR ET0 EX1 ET1 ESI (IE2.0) ES ET2 EA PT0 PX1 PT1 PSI PS PT2 Şekil 7.12 Şekil 7.13 da ise bu kesme vektörlerinin açıklamaları,vektör adresleri ve öncelik seviyeleri anlatılmaktadır. Mnemonic Interrupt Name Vector Address Priority Within Level PSMI Power Supply Monitor Interrupt 43H 1 IE0 External Interrupt-0 03H 2 ADCI End of ADC Conversion Interrupt 33H 3 TF0 Timer-0 Overflow Interrupt 0BH 4 IE1 EXternal Interrupt-1 13H 5 TF1 Timer-1 Overflow Interrupt 1BH 6 ISPI/I2CI SPI/I2C Interrupt 3BH 7 RI/TI UART Interrupt 23H 8 TF2/EXF2 Timer-2 Interrupt 2BH 9 Şekil 7.13 Standart 8051 de olmayan EEPROM Veri Hafızası, ADuC83x e kadar olan Analog Devices Ailesi ürünlerinde 640 Byte, ADuC83x den sonraki modellerde 4 KB dır. EEPROM a Şekil 7.14 de görüldüğü gibi, EDATAx ( x = 1,2,3,4 ) ve ECON SFR lerini kullanarak ulaşmak mümkündür. Şekil 7.15 de EEPROM u byte byte silme, blok blok silme, blok programlama ve blok okuma süreleri gösterilmiştir. 185
SFR page address EADRL SFR page data EDATA1 EDATA2 EDATA3 EDATA4 SFR control word ECON data Flash/EE space ( page N+1 ) ( page N ) 640 bytes = 160 pages 01h 02h 04h 05h 06h = READ = PROGRAM = VERIFY = ERASE = ERASE ALL Şekil 7.14 SFR 16bit timing control value ETIM2 ETIM1 = 100µs F CLK SFR control word ETIM3 = 201 dec = C9 hex Erase Single Page (4 bytes) - 20ms Erase Full Array (640 bytes) - 20ms Program Page - 250µs Read Page - 1 machine cycle Şekil 7.15 ADuC8xx microconverterlarında UART yapısı seri haberleşmenin yanı sıra on-chip download, debug ve monitoring işlemleri için kullanılabilir. 186
RxD TxD Industry Standard UART User Controlled Baud Rate Configurable via SFR space 4 modes of operation supported : Mode 0: Shift Register baud = F/12 Mode 1: 8-bit UART baud = variable Mode 2: 9-bit UART baud = F/32 or F/64 Mode 3: 9-bit UART baud = variable Şekil 7.16 U niversal A synchronous R eceiver T ransmitter Analog Devices Ailesinde Standart 8051 den farklı diğer bir özellik ise Power On Reset modudur. Bu modda besleme gerilimi 2.45 V u geçtiği andan sonra 128 ms boyunca dahili reset bir sinyal üretir, besleme gerilimi 2.45 V un altına indiği anda reset sinyali yinelenir, gerilim tekrar 2.45 in üstüne çıktıktan sonra 128 ms boyunca reset 5 V seviyesinde devam eder. Şekil 7.17 de açıklanan kısımlar şekille gösterilmiştir. ADuC812 ADuC814 ADuC816 ADuC824 ADuC831 ADuC832 ADuC834 ADuC836 Integrated POR on All New MicroConverter Products (Everything After ADuC812/816/824) No Need for Any External Hardware on the Reset Pin DV DD RESET (internal ) 2.45V typ 1.0V typ 128ms typ 128ms typ 1.0V typ Şekil 7.17 187
ADuC8xx microconverterlarında ( ADuC814 hariç ) standart 8051 den farklı olarak, harici XRAM i adreslemek için iki latch kullanılır. Böylece adreslenen alan büyür. Şekil 7.16 standart 8051 de harici RAM e ulaşma şekli, Şekil 7.17 ise ADuC8xx de harici XRAM e ulaşma şekli görülmektedir. Şekil 7.18 ADuC812 ADuC8xx SRAM ADuC814 P0 D0-D7 (DATA) ADuC816 ADuC824 ALE LATC H A0-A7 up to 16M-Byte 64K-Byte addressa ble ADuC831 P2 A8-A15 ADuC832 LATC H A16-A23 ADuC834 RD OE ADuC836 WR WE Şekil 7.19 ADuC8xx microconverterları SPI ( Serial Peripheral Interface ) portu ile 4 iletişim hattından (Data In,Data Out,Serial Clock,Chip Select) çevre birimlerle haberleşebilme özelliğine sahiptir. 188
MISO MOSI SCLK S erial P eripheral I nterface Industry Standard Synchronous 3-wire Serial Interface Supports Master or Slave Operation Simultaneous Transmission and Reception 8bit Data Comms Fully Configurable via SFR space Şekil 7.20 Seri haberleşme uygulamalarından I 2 C Bus iki iletişim hattı sayesinde microcontroller ve etrafındaki diğer sistem araçları arasında iletişim sağlanır.aduc8xx serisinde I2C Serial Port birçok üründe bulunmaktadır. SDATA SCLK 2-wire Serial Interface Philips I2C TM Compatible Supports 7bit Soft Address Supports Hard Slave and Soft Master Implementations Fully Configurable Via SFR Space I2C Inter-IC bus Şekil 7.21 189
ADuC812 ADuC814 ADuC816 ADuC824 ADuC831 ADuC832 ADuC834 ADuC836 * I 2 C peripheral is now fully licensed for all parts except the ADuC812 With Licensed MicroConverter Products, Customer Can Use the I 2 C Peripheral In Full * I2C has been removed from the ADuC812 datasheets for review (of datasheets), however we will continue to manufacture and test ADuC812 with two-wire serial interface, during and after this interim period. Şekil 7.22 ADuC8xx Ailesinde de Baud Rate standart 8051 deki gibi hesaplanır, fakat ADuC83x ve üstü microconverterlarda Baud Rate hesabı için ayrı bir timer kullanılır. Şekil 7.23 Birçok mikrodenetleyicide olduğu gibi ADuC8xx ailesi microconverterları da Watchdog Timer özelliğine sahiptir. Bu özellik sayesinde, WDCON SFR si ile ayarlanan belli sürelerde program, kendini resetler. Bu sayede, programın sonsuz döngülerden çıkması sağlanır. 190
runaway code generates a... RESET! SFR control word WDCON WDCON WatchDog Timer Control Register PRE2 watchdog timeout selection bits PRE1 [16,32,64,128,256,512,1024,2048]ms PRE0 WDR1 watchdog timer refresh bits WDR2 set sequentially to refresh watchdog WDS watchdog status flag WDE watchdog enable Şekil 7.24 Timer Interval Counter özelliği ADuC812 hariç diğer ADuC ailesi elemanlarında bulunmaktadır. Timer Interval Counter ile daha uzun gecikmeler yapılabilir, gerçek zamanlı clock olarak kullanılabilir.ayrıca power down moddayken çalışabilir. Şekil 7.25 191
Şekil 7.26 Microcontrollerlardaki bir sorun bu ürünlerin ek bir program yükleme kartı gerektirmeleridir.ancak ADuC serisinde ek bir karta ücret ödemeden On-Chip Download özelliğini kullanarak seri porttan program yüklenebilir,debug edilebilir ve görüntülenebilir.aduc8xx Ailesinin Download/Debug modu ile programlama ve hata ayıklama için.psen pini 1kΩluk direnç üzerinden topraklanıp bir reset pulse verildiğinde bu moda girilir.moddan çıkmak için ise PSEN pinin toprak bağlantısı kesilip bir reset pulse vermek yeterlidir. Ailenin diğer üyelerinden farklı olarak ADuC814 de PSEN pini yerine DLOAD pini kullanılır.bu pinin kullanımında ise Program yükleme ve debug için besleme gerilimine bağlamak ve reset pulse üretmek gerekir.moddan çıkmak için pini toprağa çekerek tekrar reset pulse vermek gerekir. 192
Şekil 7.27 Bazı uygulamalarda kullanıcının flash memory üzerine önceden yazılmış bir programı özel olarak ayrılmış bir bölmeye yüklemesi gerekebilir.böyle bir ihtiyaca karşı ADuC ailesinin bazı üyelerinde ULOAD Flash Memory Download Modu kullanılarak yazılım tarafından 0000h-DFFFh aralığındaki kısım silinebilir ve bu bölgeye program yüklenebilir.bu özelliğe ihtiyaç duyulmadığı durumlarda ise Flash Memory Download Normal Modu kullanılarak standart prosedürle çalışılabilir.bu kullanım tiplerinin memory blok şemaları ve özelliği barındıran ürünler Şekil 7.28 de gösterilmiştir. Şekil 7.28 193
Single Pin Emulator ile toprak bağlantısı dışında sadece tek bir pin kullanılarak haberleşme,bilgi aktarımı ve besleme gibi çok çeşitli işlemler kolayca yapılabilir.bunun için Şekil 7.25 deki Emulatör kiti kullanılmalıdır. Bu kit sadece Quick Start Development System Plus ile verilir. Şekil 7.29 Analog Devices microconverterlarındaki Power Supply Monitor özelliği ile belli bir gerilim seviyesi referans alınarak bu değerin altında interrupt üretilmesi sağlanır. Bu değerler 4.63 V ile 2.63 V arasındadır ve yazılımla ayarlanabilir. AV DD DV DD 4.63V 4.37V 3.08V 2.93V 2.63V SFR control word PSMCON PSMCON PSMCON.7 PSMCON.6 PSMCON.5 PSMCON.4 PSMCON.3 [4.63, 4.37, 3.08, 2.93, 2.63] PSMCON.2 INT! Power Supply Monitor Control Register (not used) PSM status bit (1=normal, 0=fault) PSM interrupt bit (250ms turn-off delay) trip point select bits PSMCON.1 AV DD /DV DD fault indicator (1=AV DD /0=DV DD ) PSMCON.0 PSM powerdown control (0=off, 1=on) Şekil 7.30 194
PWM Şekil 7.31 Şekil 7.32 195
Standart 8051 de 256 Bytelık on chip Data RAM, hem veri için hem de stack için kullanılır. Fakat bu alan bazı uygulamalar için yeterli olmayıp stackteki bilgiler ile verinin karışmasına sebep olabilir. Bunu büyük ölçüde önlemek için ADuc8xx ailesinde stack alanı genişletilmiştir. EXSP SFR sinin 0 ya da 1 olma durumuna göre 1792 Bytelık alan ya stack+veri yada sadece veri alanı olarak kullanılır. Şekil 7.33 Analog Devices microconverterlarının bir kısmında Auxilary ADC bulunurken ( ADuC816/824/834/836 ), bazılarında bu ADC yoktur ( ADuC812/814/831/832 ). ADuC812 ADuC814 ADuC816 ADuC824 ADuC831 ADuC832 ADuC834 ADuC836 50/60 Hz Rejection Şekil 7.34 196
ADuC812 ADuC814 ADuC816 ADuC824 ADuC831 ADuC832 ADuC834 ADuC836 Normal Mode Rejection: (at 20Hz Output Word Rate) >60dB down @50Hz >95dB down @60Hz Common Mode Rejection: (at Any Output Word Rate) >90dB down @50Hz >90dB down @60Hz Şekil 7.35 db db SF=69(dec) // OWR=20Hz 0-10 -10-20 -20-30 -30-40 -40-50 -50-60 -60-70 -70-80 -80-90 -90-100 -100-110 -110-120 -120 0 10 10 20 20 30 30 40 40 50 50 60 60 70 70 80 80 90 90 100 100 110 110 f f (Hz) (Hz) ADC Chopping ADuC812 ADuC814 ADuC816 ADuC824 ADuC831 V EXC REFIN+ AIN1 AIN2 REFIN- ADuC8xx - V OS + CHOP BUF PGA ADC ADuC832 ADuC834 ADuC836 V ADC1 = (AIN1-AIN2) + V OS V ADC2 = (AIN2-AIN1) + V OS V ADC1 + (-V ADC2 ) V ADC = 2 Şekil 7.36 = AIN1-AIN2 Gürültü Performansı 197
( 16 Bit ) Tablo 7.2 ( 24 Bit ) Tablo 7.3 DMA Modu özelliği ADuC8xx işlemcilerinde bulunup standart 8051 de bulunmayan bir özelliktir. DMA modu ile Şekil 7.37 de görüldüğü gibi ADC den direkt haricihafızaya ulaşmak mümkündür. 198
Şekil 7.37 7.1.3. ADUC8XX SEÇİM TABLOSU Tablo 7.4 199
7.2. MICROCONVERTER ALT GRUPLARI 7.2.1. İLK ÜRÜNLER (ADUC812, ADUC816, ADUC824) ADuC812 ÖZELLİKLER: 8-kanal 12-bit 200 KSPS ADC 2 tane 12-bit DAC Gerilim Referansı Sıcaklık Sensörü Endüstriyel standartta 8052 Mimari yapısı (1.3MIPS e kadar) 8K-byte Flash Code + 640-byte Flash Data + 256-byte RAM UART SPI / I 2 C 3 tane Counter/Timer Watchdog Timer Power Supply Monitor ADuC812 nin blok şeması Şekil 7.38 de görüldüğü gibidir. Şekil 7.38 Şimdi de ADuC812 microconverterının iç yapısına bir göz atalım.entegrenin içindeki elemanlar ve kapladıkları alanlar gerçekle orantılı olarak Şekil 7.39 da gösterilmiştir. 200
8 CHANNEL ADC FLASH MEMORY ARRAYS 8052 CORE V REF / PTAT TWO DACs INTERNAL RAM ANALOG SECTION Şekil 7.39 DIGITAL SECTION Aşağıda ADuC812 entegresinin ADC, DAC ve güç ile ilgili özellikleri verilmiştir. ADC: INL - ±½LSB SNR - 70dB Input Range - 0 to VREF Conv. Time - 5µs DAC : DNL - ±½LSB Output Range - 0 to VREF -or- 0 to VDD Settling Time - 8µs Power : Specified for 3V or 5V Operation 5V 3V Normal 26mA 12mA Idle 15mA 6mA Powerdown 50µA 50µA ADuC812 performansı Şekil 7.40 da görüldüğü gibidir. 201
Şekil 7.40 ADuC816 ÖZELLİKLER : 24-bit (or 16-bit) ilk ADC 16-bit Auxiliary ADC 12-bit DAC Endüstriyel standartta 8052 Mimari yapısı ( 1.3MIPS e kadar ) 8K-byte Flash Code + 640-byte Flash Data + 256-byte RAM Time Interval Counter 32KHz Osilatör & Programlanabilir core clock a sahip PLL Gerilim referansı Sıcaklık sensörü UART, SPI, I 2 C 3 tane counter/timer Watchdog timer Power Supply Monitor 202
Aşağıda ADuC816 microconverterının blok şeması görülmektedir. Şekil 7.41 ADuC816 microconverterının performansı aşağıdaki tablo ve şekilde görüldüğü gibidir. Tablo 7.5 203
Şekil 7.42 ADuC824 ÖZELLİKLERİ : ADuC824 microconverterı ADuC816 ile aynı özelliklere sahiptir. ADuC824 ile ADuC816 arasınadaki tek fark, ADC rezolasyonudur. Bunun dışında donanım ve yazılım bakımından %100 aynıdır. Şekil 7.43 de ADuC824 microconverterının blok şeması görülmektedir. 204
Şekil 7.43 Şekil 7.44 de ADuC824 microconverterının iç yapısı görülmektedir. Şekil 7.44 Tablo 7.6 ve Şekil 7.45, ADuC824 ün performansını göstermektedir. 205
Tablo 7.6 Şekil 7.45 ADuC824 de güç tüketimi ve ADC performansı aşağıdaki gibidir. Güç Tüketimi : 5V 3V 206
Normal Mod: 4mA 3mA Idle Mode: 1.4mA 900µA Powerdown Mode: 20µA 5µA ( internal clock = default = 1.573MHz ) ADC Performansı ( İlk ADC ) : Output Word Rate: 5.4Hz - 105Hz Input Voltage Range:±20mV - ±2.56V differential (rail-to-rail input buffer) No Missing Codes: 24bits guaranteed SNR: >18bits pk-pk (@20Hz, ±2.56V) INL: ±15ppm max (i.e. >16bits) Drift: ±10nV/ C typ offset ±0.5ppm/ C typ gain ADuC824 ile ADuC816 microconverterlarının birçok özelliği aynı olduğu gibi 50/60 Hz rejection da aynıdır. db SF=69(dec) / OWR=20Hz 0-10 -20-30 -40-50 -60-70 -80-90 -100-110 -120 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 f (Hz) Normal-Mode Rejection: >60dB @50Hz >95dB @60Hz (20Hz Output Word Rate) Common-Mode Rejection: >90dB @50Hz >90dB @60Hz (Any Output Word Rate) Şekil 7.46 7.2.2. MİNİ MICROCONVERTER ADUC814 207
ÖZELLİKLERİ : 12 bit, 6 kanal ADC Dual 12 bit DAC 8 KB Program + 640 Byte DataFlash EEPROM Endüstriyel standartta 8052 mimari yapısı Robust Internal Pore ( Power on Reset ) Time Interval Counter 32 khz osilatör & Programlanabilir core clock a sahip PLL Şekil 7.47 de ADuC814 microconverterının blok şeması görülmektedir. Şekil 7.47 ADuC814 microconverterının ADC, güç ve boyutlarla ilgili ayrıntılı özelliklerini inceleyelim: 208
12-bit ADC: INL < 2 LSB DNL < 4 LSB (no missing codes) Power : 3mA - normal mode (3V, 2.1MHz) 5µA - powerdown mode (32KHz running) Size: 28-TSSOP = 6.5mm x 9.8mm Tablo 7.7 de ADC nin performans tablosu görülmektedir Tablo 7.7 7.2.3. YÜKSEK HAFIZALI MODELLER (ADUC831, ADUC832, ADUC836, ADUC834) 209
ADuC831/ADuC832 ÖZELLİKLER : 62 KB Flash Code + 4 KB Flash Data + >2 KB RAM 12 bit 8 kanal ADC Endüstriyel standartta 8052 mimari yapısı Σ DAC moduna sahip PWM Remote download/ Remote Flash yapan ULOAD Modu Dual Data Pointer & Arttırılmış Stack Pointer Bölümlere ayrılmış, sabit Baud Rate Zamanlayıcısı Robust Internal POR ( Power on Reset ) Time Interval Counter 32 khz Osilatör & Programlanabilir core clock a sahip PLL ( Sadece ADuC832 de ) Şekil 7.48 ve Şekil 7.49, ADuC831 ve ADuC832 microconverterlarının blok şemalarını göstermektedir. Şekil 7.48 210
Şekil 7.49 ADuC834/ADuC836 Şekil 7.49 ÖZELLİKLERİ : 62 KB Flash Kod + 4 KB Flash data + > 2 KB RAM Dual 24/16 bit Σ ADC Single 12 bit DAC Endüstriyel standartta 8052 mimari yapısı Σ DAC modu ile Dual PWM Remote Download / Remote Re-Flash yapabilen ULOAD modu Dual Data Pointer & Arttırılmış Stack Pointer Bölümlere ayrılmış, sabit Baud rate zamanlayıcısı Robust Internal POR ( Power on Reset ) NOT : ADuC834 ve ADuC836 arasındaki tek fark, ADC rezolasyonudur. Bunun dışında yazılım ve donanım bakımından %100 aynıdır. Şekil 7.50 de ADuC834 ün blok şeması görülmektedir. 211
Şekil 7.50 7.2.4. YÜKSEK HIZLI MODELLER (ADUC841, ADUC842, ADUC843; ADUC845, ADUC847, ADUC848) ADuC841/ADuC842/ADuC843 ÖZELLİKLERİ : ADuC841, ADuC812 ve ADuC831 ile pin uyumlu; ADuC842 ise ADuC832 ile pin uyumludur. 62 KB Flash/EE Kod alanı ( ayrıca 32 KB ve 8 KB seçenekleri ) 4 KB Flash/ EE Veri alanı Standart 8052 deki 256 Byte a ek olarak 2 KB on chip RAM Dual PWM Yüksek hızlı UART Baud Rate generator Remote Download yapan ULOAD modu PLL & Time Interval Counter ( Sadece ADuC842 de ) Dual Data Pointer, Arttırılmış Stack Alanı 212
İyileştirilmiş 8051 mimari yapısı ( 8 MIPS @ 3V & 16 MIPS @ 5V ) Sınıflandırılmış I 2 C Portu o Hızlı ( 400 khz ) o Quad adreslemeli o Ayrı pinlerde SPI ve I 2 C Daha hızlı ADC ( 400 KSPS ) Daha iyi gerilim referansı ( 200 ppm ) ADuC843, ADuC842 in DAC sız halidir. Şekil 7.51 de ADuC842 nin blok diyagramı görülmektedir. Şekil 7.51 ADuC845/ADuC847/ADuC848 213
ÖZELLİKLERİ : Arttırılmış ADC kanal sayısı ( 10 single-ended ya da 5 diferansiyel, ya da herhangi bir kombinasyonda ) İlk ve Yardımcı ADC nin her ikisi de 24 bit Giriş bufferı yazılım ile enable ya da disable edilebilir. Chop modu yazılım ile enable ya da disable edilebilir. İki analog giriş pini, ikinci diferansiyel referans çifti olarak kullanılabilir. Birbirinden tamamiyle bağımsız SPI ve I 2 C fonksiyonları I 2 C dual adresleme ADuC847, ADuC845 in DAC sı ve Auxilary ADC siz halidir. Şekil 7.52 de ADuC845 microconverterının blok şeması görülmektedir. Şekil 7.52 ADuC845/847/848 microconverterlarının sensörlerle interface i için çeşitli uygulama örnekleri şekillerde görülmektedir. 214
Şekil 7.53 Şekil 7.54 215
7.3. MICROCONVERTER DESTEK ÜRÜNLERİ QUICK START & QUICK START PLUS YAZILIMI QuickStart QuickStart Plus Eval Board Download/Debug Cable International Power Supply Software: IDE (Assembly Only) Accutron Aspire IDE (assembly-only debug using serial download/debug mode, assembly-only simulation) WSD (Windows Serial Downloader) WASP (Windows Analysis Software Package) ADSIM Simulator Örnek kodlar, fonksiyon kütüphaneleri, datasheetler, uygulama notları, vs. Eval Board Single-Pin Emulator Serial Cable International Power Supply Software: IDE (C + Assembly) Keil Compiler (Trial Version) Accutron Aspire IDE (single-pin emulator kullanırken c-source debug özelliği & single-pin emulatore bağlıyken c-source simulasyonu) Sınırlı C Compiler (Keil, 2K sınırlı) Örnek kodlar, fonksiyon kütüphaneleri, datasheetler, uygulama notları, vs. SERIAL DOWNLOAD / DEBUG CABLE 216
Connects Directly to the Chip s UART Pins RS-232 Level Translation Built Into Cable Permanently Embedded On-Chip Resources Allow In-System Serial Download & Debug Cable Included in all QuickStart Development Kits SINGLE PIN EMULATOR Connects to Chip via a Single Pin & Ground Allows Full Non-Intrusive Emulation Using Chip that s Already Soldered Down Analogous to JTAG, but Uses Fewer Pins Emulator Included in all QuickStart Plus Development Kits ACCUTRON ASPIRE IDE 217
Aspire herhangi bir uygulamada ihtiyaç duyabileceğiniz her türlü programı içerisinde barındıran çok kapsamlı bir IDE (Integrated Development Environment / Entegre Geliştirme Ortamı) olarak kullanılabilir.hem assembler hem de C koduyla yazdığınız programları chip üzerine yükleyebilir, satır satır koşturup her noktada istenilen dahili RAM bilgilerini,sfr değerlerini,vb izleyebilir ya da hiçbir donanım bağlantısı yapmadan yazılımı istediğiniz ADuC üyesi için simüle edebilirsiniz. KEIL µvision2 IDE Accutron firmasının ürünü olan ASPIRE yazılımına benzeri özelliklere sahip bir başka yazılım da Keil firmasının ürünü olan µvision2 isimli program paketidir. WSD SERIAL DOWNLOADER 218
WSD Assemblerın işlemi sonucu oluşan.hex uzantılı makine kodu içeren dosyanızı chip üzerine yüklemenizi sağlar.basitçe seri port ile direkt olarak chip bacaklarına bağladığınız RS-232 tabanlı bir iletim hattı sayesinde makine kodunu yükleyebilirsiniz. WSD içerisinde kullanım amaçlarına göre seri COM portu seçimi ve PLL kristal seçenekleri ayarlanabilir hale getirilmiştir. WASP ANALOG PERFORMANCE EVALUATION Windows Analog Software Yazılım Programı (WASP)bütün MicroConverter ürünlerinin analog performanslarını analiz etmek için genel bir uygulama yazılımıdır. 219
MICROCONVERTER WEB SITE www.analog.com/microconverter Datasheetler, Teknik notlar Örnek kodlar 8051 Referans Materyalleri Free Tools Downloads/Upgrades Yardımcı Sitelere Link Makaleler & Basından 220
7.4. GELİŞMİŞ MICROCONVERTER LAR (ADuC7xxx ) ÖZELLİKLER: 12 bit, 12 kanal ADC 4*12 bit DAC 45 MHz ARM7 62 KB Flash 8 KB SRAM SPI, I 2 C, UART-LIN 10 ppm V REF Gerilim Komparatörü Programmable Logic Array PWM Timer/RTC YENİ ÖZELLİKLER: ARM7 TDMI MCU Mimari yapısı 16/32 bit mimari yapısı 45 MHz işlem hızı Debug için embedded JTAG Uncommitted Comparators Üç faz PWM More flexible ADC I/P S Low Drift V REF Programmable Logic Array Boyutlar, performans, maliyet ve integrasyon 221
Şekil 7.55 ADuC702x BLOK DİYAGRAMI Şekil 7.56 222
ADuC702x SEÇİM TABLOSU Tablo 7.8 223