12位A/D轉(zhuǎn)換器MAX191及其應(yīng)用

MAX191簡(jiǎn)介
MAX191是MAXIM公司新推出的一種CMOS型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。主要特性如下：
＊12位分辨率，1/2LSB線性度；
＊差分輸入；
＊內(nèi)置采樣/保持器(T/H)、4.096V電壓基準(zhǔn)源和時(shí)鐘電路；
＊A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為7.5ms，采樣保持時(shí)間為2ms，采樣速度達(dá)100ksps；
＊可采用單電源+5V或雙電源±5V供電；
＊功耗低，轉(zhuǎn)換期間耗電3mA，節(jié)電模式下僅為20mA；
＊24腳窄DIP和寬SO兩種封裝形式。
MAX191適用的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括高精度過(guò)程控制、數(shù)據(jù)采集卡、自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)以及通信等。

MAX191在MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)
硬件接口
MAX191可以串行或8位并行接口方式與微處理器接口，串行接口標(biāo)準(zhǔn)與SPITM、QSPITM和MICROWIRETM兼容。輸出方式通過(guò)第22腳PAR設(shè)置。當(dāng)PAR=1時(shí)，選用并行輸出模式；為0時(shí)，選用串行輸出模式。圖2是MAX191與AT89C52單片機(jī)以并行輸出模式接口的一種硬件連接圖，MAX191的8位數(shù)據(jù)總線D0-D7(其中D0-D3與D8-D11分時(shí)復(fù)用)分別與AT89C52的P1.0-P1.7相連，單片機(jī)從P1口讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。本電路中，采用外部時(shí)鐘模式，MAX191的1M時(shí)鐘由外部的8MHz晶振分頻得到，使用者也可通過(guò)在CLK和DGND腳間并聯(lián)一個(gè)120pF電容來(lái)設(shè)置選用內(nèi)部時(shí)鐘。當(dāng)在VREF和AGND之間并聯(lián)一個(gè)4.7mF和一個(gè)0.1mF電容時(shí)，就可獲得4.096V的內(nèi)部電壓基準(zhǔn)。圖2中REFADJ接高電平，采用的是5V的外部電壓基準(zhǔn)。MAX191第8腳BIP用于設(shè)置輸入方式， BIP=0，表示單極性模擬輸入方式，在圖2中BIP=1，選擇雙極性模擬輸入方式。綜上可得出A/D轉(zhuǎn)換的電壓范圍為-2.5V-+2.5V。圖2中，信號(hào)采用單端輸入方式，AIN-接模擬地AGND。另外，為了防止從AIN+輸入的信號(hào)損害ADC，應(yīng)在信號(hào)輸入端加雙向電壓限幅電路以保護(hù)MAX191。
軟件設(shè)計(jì)
圖2中MAX191的工作方式有2種：低速存儲(chǔ)器模式和ROM模式，ROM模式又有2種不同的工作時(shí)序可供選擇，使用者只需根據(jù)需要選用一種工作方式即可。圖3為MAX191在低速存儲(chǔ)器模式下工作時(shí)的信號(hào)時(shí)序圖，下面結(jié)合該圖詳細(xì)介紹A/D轉(zhuǎn)換軟件的設(shè)計(jì)。
在低速存儲(chǔ)器模式下，MAX191就像微控制器的一個(gè)普通低速外設(shè)或存儲(chǔ)器。啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換和讀取數(shù)據(jù)都是通過(guò)3根控制信號(hào)線HBEN、和實(shí)現(xiàn)，在HBEN為低時(shí)，、下降沿，T/H進(jìn)入保持狀態(tài)，A/D轉(zhuǎn)換開(kāi)始。在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，為低，轉(zhuǎn)換時(shí)間tconv典型值為7.5ms，轉(zhuǎn)換結(jié)束后，變高，低8位數(shù)據(jù)送上8位數(shù)據(jù)總線D7-D0。AT89C52讀完低8位數(shù)據(jù)后，需將HBEN置為高電平，并把、信號(hào)由高置低，讀取高4位數(shù)據(jù)。注意，這一操作并不能啟動(dòng)新的轉(zhuǎn)換，因?yàn)楫?dāng)HBEN為高時(shí)，MAX191模數(shù)轉(zhuǎn)換功能失效。
采用Agilent54622D混合信號(hào)示波器對(duì)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中各信號(hào)波形進(jìn)行實(shí)測(cè)，結(jié)果完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，MAX191正常工作。

應(yīng)用實(shí)例
筆者為重慶機(jī)床廠研制開(kāi)發(fā)的FMT-V45齒形誤差測(cè)量分析系統(tǒng)的主要功能是檢測(cè)齒輪表面的漸開(kāi)線軌跡，并由此判斷齒輪是否合格。系統(tǒng)框圖如圖4所示。測(cè)量時(shí)與被測(cè)齒輪同軸安裝的基圓盤與導(dǎo)板作無(wú)滑動(dòng)滾動(dòng)，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)過(guò)4角，電感測(cè)頭沿齒輪基圓的切向方向移動(dòng)距離L與齒輪基圓圓周轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)S相等，測(cè)頭走出一條理論漸開(kāi)線軌跡。因測(cè)頭與齒表面接觸，若齒形有誤差，將通過(guò)電感量的變化而反映出來(lái)，再通過(guò)圓光柵將導(dǎo)板移動(dòng)的距離L反映出來(lái)。
在測(cè)量過(guò)程中，由光柵發(fā)出的脈沖信號(hào)觸發(fā)AT89C52中斷，單片機(jī)每響應(yīng)一次中斷，啟動(dòng)MAX191進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，采集數(shù)據(jù)，并通過(guò)RS-232接口把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機(jī)進(jìn)行處理，計(jì)算機(jī)軟件采用Visual Basic編寫。

結(jié)語(yǔ)
MAX191與微處理器接口簡(jiǎn)單，使用方便、靈活，12位分辨率，同時(shí)它有很高的轉(zhuǎn)換速度，能滿足齒形誤差測(cè)量的要求，應(yīng)用效果滿意?！?/P>

參考文獻(xiàn)：
1.美信集成產(chǎn)品資料全集5.0版(CD-ROM)，2001.
2.胡漢才，單片機(jī)原理及其接口技術(shù)，北京：清華大學(xué)出版社，1998.


圖1 MAX191內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖2 MAX191與AT89C52單片機(jī)的接口電路

圖3 低速存儲(chǔ)器模式時(shí)序圖

圖4 FMT-V45齒形誤差測(cè)量分析系統(tǒng)框圖