微控制器MSC1211在控制系统中的应用
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1 引言
MSC1211是美国德克萨斯仪器公司(TI)最近推出的用于数据获取的片上系统微控制器，集成了嵌入式的24位高精度∑-△A/D转换器和16位D/A转换器，可以容易地实现单片式低噪声高精度数据采集系统。
2 MSC1211的主要性能
MSC1211使用增强的数字处理内核、高速闪存并带有高性能模拟和外围部件，可以实现优越的系统性能。引脚排列如图1所示，结构框图如图2所示。MSC1211具有以下主要特性：片上温度传感器;24位无遗失代码；22位有效分辨率，噪声低达75nV;8通道差动/单端模拟输入；3个16位的定时器，16位PWM波输出；多达21个中断源,34个I/O引脚；32个数字输入/输出端口，带有看门狗；8路ADC提供24位分辨率可编程的无丢失码解决方案;可编程增益放大器(PGA)在1～128之间可调，极大地提高了ADC精度；2.7V～5.25V供电电源，在3V时的功耗低于4mW，停止方式电流小于100nA；内核兼容8051，指令与8051完全兼容，可以使用原有8051开发系统；时钟频率可达30MHz，单指令周期为133ns，执行速度比标准8051快3倍；有32KB的Flash存储器，SRAM达1.2KB,外部可扩展至64KB存储器；Flash在电压低达2.7V时仍可串行或并行编程，擦除/写操作高达10万次，数据保存期限为100年；具有32位累加器，有电源管理功能，能够进行低电压检测，在片上电复位；带FIFO的SPI端口；64TQFP型封装，MSC1211系列的硬件和引脚完全兼容，必要时可以互换。
3 MSC1211的组成及功能
3.1 MSC1211的指令功能
MSC1211系列的所有指令所完成的功能与标准8051单片机相对应的指令完全相同，对位、标志位及寄存器的操作结果也完全相同。但是，MSC1211的指令时序与标准8051不同。由于MSC1211微控制器采用了运行效率更高的8051内核，在相同的外部时钟频率下，MSC1211执行一条指令的时间是4个时钟周期，而8051单片机的每条指令有12个时钟周期。MSC1211的指令执行速度比标准8051单片机快1.5倍～3倍。相同代码的执行效率可以提高到2.5倍以上，采用30MHz时钟频率的MSC1211系统的性能相当于采用75MHz时钟频率的标准8051系统,因此，用户系统在较低的外部时钟频率下运行，减少了系统噪声，降低了功耗，运行结果更好。
MSC1211提供了双数据指针(DPTR)，使访问块数据存储器的效率大大提高。MSC1211能根据外存储器的速度调节读写速度，在2个～9个指令周期之间变化；它还提供给外部存储器16位地址总线(P0和P2)。低位地址通过P0口复用得到，硬件可以控制P0和P2口是作为外部存储器/外部接口还是作为通用的I/O。
MSC1211的外围设备有改进。如SPI端口增加了FIFO，使得传输数据有了缓冲区间。32位累加器的使用在处理ADC采样或其他数据源来的多字节数据时将大大减轻CPU的负担，使得24位加法和移位可以在几个指令周期内完成，而无需通过软件用数百个指令周期来完成。
MSC1211系列的硬件和引脚完全兼容。对用户而言，唯一的区别在于内部存储器的设置。MSC1211Y2上编写的程序代码可以直接在MSC1211Y3、MSC1211Y4、MSC1211Y5上执行。用户可以在软件功能上增减并配以不同的CPU型号，MSC1211已成为拥有几个不同应用平台的标准设备。MSC1211的开发工具与8051的开发系统完全兼容，用户可以使用原有的8051开发系统，也可以使用DEMO板带的开发系统或者第三方支持者提供的开发工具。
3.2 ADC通道
MSC1211微控制器的输入多路复用器允许不同输入信号通过选择输入通道进行组合，如AIN0被选为ADC输入正端，其他任何通道可以选为ADC输入负端。用这种方式可以组成8个完整的ADC输入通道，也可以在差分输入通道间切换极性。其模拟输入通道的等效结构如图3所示。
3.3 DAC通道
DAC包括缓冲放大器，输入为二进制数，输出电压
其中，D为输入到DAC通道的二进制数所转化的十进制数，其范围为0～65535，其输出通道的结构如图4所示。
3.4 Flash编程模式
Flash编程模式有串行和并行两种，通过上电复位过程中的ALE和信号状态确定。当ALE=1，
=0时，选择串行编程模式；当ALE=0，=1时，选择并行编程模式。当ALE和都为高电平时，MSC1211运行在用户模式下。并行编程模式如图5所示。
4 结论
MSC1211是内置8051内核及其他高性能外围设备的微控制器，可为高精度数据采集系统提供片上解决方案。该微控制器具有较强的模拟性能和数字处理能力。通过实际运用，可以发现内核兼容8051的MSC1211具有很高的性能、很高的集成度、很大的灵活性。尤其值得一提的是片内Flash的灵活运用，省去了扩展数据存储器需要的地址锁存器与SRAM，以及大面积的印刷板空间，可广泛应用于工业过程控制、数据采集系统等领域。
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