高精度串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX1032的應(yīng)用
MAX1032是Maxim公司最新推出的一種多通道、多量程、低功耗、分辨率為14位的串行輸出模數(shù)轉(zhuǎn)換器。該器件具有轉(zhuǎn)換速率高、功耗低、接口方便等優(yōu)點，特別適合在航空電子、數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制、多媒體、機器人等領(lǐng)域的應(yīng)用。
2 MAX1032的特性和結(jié)構(gòu)
2.1 MAX1032的特性
(1)輸入通道：八個單端或四個差分模擬輸入；
(2)輸入范圍：由軟件編程確定（每通道獨立）, 單端輸入范圍為0V到+6V、 -6V到0V、 0V到+12V、-12V到0V、 ±3V、±6V及± 12V,；差分輸入范圍為±6V、±12V及±24V ；
(3)接口特性：數(shù)據(jù)和信號接口電平與SPITM/QSPITM/MICROWIRETM兼容，可以和供電電壓為2.7V至5.25V的計算機系統(tǒng)直接連接；
(4)采樣速率: 115ksps；
(5)基準電壓：可采用內(nèi)部基準，也可采用外部基準，基準電壓范圍3.800V～4.136V。
2.2 MAX1032的結(jié)構(gòu)
MAX1032內(nèi)置14位逐次逼近寄存器和輸入跟蹤/保持電路，實現(xiàn)將模擬信號轉(zhuǎn)換成14位數(shù)字信號，數(shù)據(jù)輸出方式為串行。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳排列分別如圖1、圖2所示。
?。?）CH0-CH7：模擬信號輸入端。
?。?）CS：片選輸入，低電平有效。只有置低時，數(shù)據(jù)才可同步輸入（DIN）或輸出（DOUT）。
（3）DIN：串行數(shù)據(jù)輸入。在CS為低時，DIN上的數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿時刻輸入片內(nèi)。
?。?）SSTRB：串行觸發(fā)輸出。在內(nèi)部時鐘模式下，SSTRB的上升沿跳變表明轉(zhuǎn)換完成；在外部時鐘模式下，SSTRB一直為低電平。
（5）SCLK：串行時鐘輸入。
（6）DOUT：串行數(shù)據(jù)輸出。在CS為低時，DOUT上的數(shù)據(jù)在SCLK的下降沿時刻輸出；CS置高時，DOUT為高阻狀態(tài)。
?。?）REF：內(nèi)部基準電壓輸出或外部基準電壓輸入。在外部參考電壓模式下，REF端可連接由外部電路提供的3.800V-4.0136V的基準電壓；在內(nèi)部參考電壓模式下，REF端與AGND1端之間必須連接容量為1uF的濾波電容。
圖1 圖1 MAX1032的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
圖2 MAX1032的引腳
3 工作原理
在進行A/D轉(zhuǎn)換之前，要確認被轉(zhuǎn)換的模擬信號是否滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換器只有17KΩ輸入阻抗的要求，然后向MAX1032依次送入信號輸入控制字和工作模式控制字。
3．1 信號輸入控制字
信號輸入控制字用來選擇被轉(zhuǎn)換的模擬通道、轉(zhuǎn)換方式和轉(zhuǎn)換范圍，其格式如表1所示。
表1 信號輸入控制字
3.2 工作模式控制字
MAX1032有外部時鐘、外部采樣、內(nèi)部時鐘等三種工作模式，通過表2所示的工作模式控制字進行選擇。
（1） 外部時鐘模式。在此模式下能達到最快的轉(zhuǎn)換速率。SCLK控制模擬信號的采集及轉(zhuǎn)換，這樣在模擬信號的獲取時，更加便于精度的控制。
?。?） 外部采樣模式。在此模式下以最慢的轉(zhuǎn)換速率達到最大限度的吞吐量。其主要特點是由SCLK控制模擬信號的采集、內(nèi)部時鐘控制模擬信號的轉(zhuǎn)換。在前15個時鐘周期內(nèi)CS必須保持低電平，然后發(fā)生跳變并保持高電平。為了得到最佳的轉(zhuǎn)換效果，應(yīng)將DIN和SCLK置空閑位。
?。?） 內(nèi)部時鐘模式。在此模式下，內(nèi)部時鐘控制模擬信號的采集和轉(zhuǎn)換，內(nèi)部時鐘在SCLK的第8個周期的下降沿后的100ns-400ns時間內(nèi)啟動轉(zhuǎn)換，其速率大約為4.5MHz。轉(zhuǎn)換結(jié)束后,SSTRB置位高電平、CS置位低電平導(dǎo)出轉(zhuǎn)換結(jié)果。
表2 工作模式控制字
4 應(yīng)用舉例
本文以MAX1032在DS87C520中的應(yīng)用為例，介紹MAX1032與CPU的接口方法與軟件設(shè)計。
DS87C520介紹
達拉斯公司生產(chǎn)的DS87C520是一種新型高速全靜態(tài)CMOS單片機，其引腳和指令集與8051單片機完全兼容。DS87C520的處理器核心經(jīng)過重新設(shè)計，一個機器周期只占4個時鐘周期。實際應(yīng)用表明，若時鐘頻率相同，DS87C520執(zhí)行相同指令的速度是8051的1.5到3倍，加上DS87C520最高時鐘頻率為33MHz,而8051僅為12MHz，因此DS87C520為一款高速單片機，可以滿足高速數(shù)據(jù)傳輸過程中的速率要求。此外，DS87C520還有兩個全雙工串行口、13個中斷源、16KB片內(nèi) EPROM、1KB片內(nèi)SRAM、雙數(shù)據(jù)指針、電源電壓下降自動復(fù)位、可編程看門狗定時器等豐富的硬件功能，使其具有了廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域與前景。
MAX1032與DS87C520的連接
圖3是MAX1032與DS87C520的應(yīng)用連接。在本例中，我們采取的是內(nèi)部時鐘模式，工作模式控制字為10101000B。為了提高計算機系統(tǒng)的抗干擾能力，在MAX1032與DS87C520之間增加了高速光電耦合器6N136，以隔離現(xiàn)場干擾對計算機的影響。對MAX1032的控制是通過DS87C520的P1口進行的。其中,SSTRB反映了A／D轉(zhuǎn)換的工作狀態(tài)，可以用查詢方式或中斷方式監(jiān)測該信號，以便及時讀取正確的轉(zhuǎn)換結(jié)果。
程序采用C51語言編寫，并在KEILC51 V6．20環(huán)境下通過了調(diào)試。程序的編寫思路是：定義DS87C520的P1.0為MAX1032的片選信號CS，P1.1為數(shù)據(jù)輸入DIN,P1.2為數(shù)據(jù)輸出DOUT，ALE提供MAX1032的時鐘信號SCLK。在確定并送入信號輸入控制字和工作模式控制字后,A/D轉(zhuǎn)換被啟動，經(jīng)過一段時間的延時（A/D轉(zhuǎn)換），SSTRB端發(fā)生上升沿跳變，表明A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束。在時鐘SCLK的作用下，從數(shù)據(jù)輸出端DOUT讀出兩個字節(jié)長度的轉(zhuǎn)換結(jié)果。將讀出的數(shù)據(jù)存入兩個無符號字符變量中，將這2個字符變量拼成一個16位無符號整型變量作用函數(shù)返回值返回，返回值的低14位有效。
圖3 MAX1032與DS87C520的連接
4．3 軟件設(shè)計
按照圖3連接的系統(tǒng)，完整的A/D轉(zhuǎn)換子程序如下：
// 采用P1口作控制
sbit DOUT = P1^2 ; // 數(shù)據(jù)輸出
sbit CS = P1^0 ; // MAX1032片選
＃define uint unsigned int
?。efine uchar unsigned char
//MAX1032 14位A/D操作程序
uint max1032(void)
{ uchar i;
uchar hbyte,lbyte;
cs=0; //低電平有效，開始轉(zhuǎn)換
for(i=0;i<8;i++) //延時，等待轉(zhuǎn)換結(jié)束
{
_nop_();
}
SCLK=1;
SCLK=0;
//開始讀數(shù)據(jù)
hbyte=0;
for(i=0;i<6;i++) //高6位
{
DOUT=1;
SCLK=1;
if (DOUT)
{ hbyte="Ox01"; }
SCLK=0;
if (i!=5)
{ hbyte<<=1; }
}
lbyte=0;
for(i=0;i<8;i++) //低8位
{
DOUT=1;
SCLK=1;
if (DOUT)
{ lbyte="Ox01"; }
SCLK=0;
if (i!=7)
{ lbyte<<=1;}
}
}
5 結(jié)論
Maxim公司的高性能A/D系列的產(chǎn)品已在多種場合得到了廣泛的應(yīng)用，如高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、工業(yè)過程控制、便攜式數(shù)字儀表、醫(yī)療儀器等。本文介紹了Maxim最新推出的14位多通道串行ADC MAX1032的性能和特點，給出了典型的應(yīng)用實例及程序，讀者可將其靈活運用于自己的系統(tǒng)設(shè)計中。
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