16位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX1132的特性及應(yīng)用

　　MAX1132是美國MAXIM公司生產(chǎn)的16位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，文章介紹了MAX1132的工作原理、接口特點(diǎn)及使用方法，給出了它在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的硬件電路和軟件程序。

　　1引言

　　模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)是現(xiàn)代測控中非常重要的環(huán)節(jié)，它一般分為串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器和并行模數(shù)轉(zhuǎn)換器。后者雖然傳輸速度快，但引腳多、體積大、占用單片機(jī)口線多;而串行ADC的傳輸速率也可以做的很高，并且具有體積小、功耗低、占用單片機(jī)口線少等優(yōu)點(diǎn)。因此，串行ADC的應(yīng)用越來越廣泛。

　　MAX1132是MAXIM公司生產(chǎn)的單電源、低功耗、16位、單/雙極性轉(zhuǎn)換的高精度串行逐次逼近型ADC。其內(nèi)部帶有跟蹤/保持及校準(zhǔn)電路，可使用內(nèi)部或外部參考電壓及時(shí)鐘。采樣速率最高可達(dá)到200ksps最低消耗電流為7.5mA。若工作于關(guān)閉模式，消耗電流可降低到2.5μA。該ADC可應(yīng)用于工業(yè)過程控制、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、便攜式數(shù)據(jù)記錄、醫(yī)療或掌上設(shè)備以及系統(tǒng)檢測等領(lǐng)域。

　　2 MAX1132的引腳功能

　　MAX1132是可編程的單通道ADC，采用20引腳SSOP封裝形式，各引腳的功能如下：

　　REF：參考電壓緩沖輸出/ADC參考電壓輸入，可用作模數(shù)轉(zhuǎn)換的參考電壓;

　　REFADL：參考帶隙輸出端/參考帶隙緩沖輸入端;

　　AGND：模擬地;

　　AVDD：+5V±5%模擬電源;

　　DGND：數(shù)字地;

　　SHDN：關(guān)閉控制輸入端;

　　P0、P1、P2：分別為用戶可編程輸出0，1，2;

　　SSTRB：串行選通輸出端;

　　DOUT：串行數(shù)據(jù)輸出端;

　　RST：復(fù)位引腳;

　　SCLK：串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘輸入端;

　　DVDD：+5V±5%數(shù)字電源;

　　DIN：串行數(shù)據(jù)輸入端;

　　CS：片選端;

　　CREF：旁路緩沖參考端;

　　AIN：模擬輸入端。

　　3工作原理

　　MAX1132通常由時(shí)鐘將控制字節(jié)從串行數(shù)據(jù)輸入端(DIN)打入其內(nèi)部移位寄存器，以決定其工作模式并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。當(dāng)CS變低或一次轉(zhuǎn)換(或校準(zhǔn))結(jié)束以后，DIN端接收到的第一個(gè)邏輯“1”被定義為控制字節(jié)的開始位(MSB)。在該位到達(dá)前，由時(shí)鐘打入DIN的邏輯“0”均無效，DIN的每位數(shù)據(jù)均在每個(gè)SCLK的上升沿打入MAX1132內(nèi)部移位寄存器。值得注意的是：如果在當(dāng)前的轉(zhuǎn)換完成以前，一個(gè)新的開始位被時(shí)鐘打入的話，當(dāng)前的轉(zhuǎn)換就會被中斷，同時(shí)開始新的輸入信號采集。

　　MAX1132可用外部或內(nèi)部時(shí)鐘完成逐次逼近轉(zhuǎn)換，但兩種模式均用外部時(shí)鐘將數(shù)據(jù)移入器件或從器件中移出。在外部時(shí)鐘模式下，數(shù)據(jù)的移入移出和轉(zhuǎn)換步驟均由外部時(shí)鐘控制。內(nèi)部時(shí)鐘模式下的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘由MAX1132內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生，速率最高可達(dá)8MHz。一般要求完成一次轉(zhuǎn)換的周期是8個(gè)SCLK的整數(shù)倍。MAX1132具有短采集(24SCLK)和長采集(32SCLK)兩種工作模式。單極性輸入時(shí)，直接輸出二進(jìn)制數(shù);雙極性輸入時(shí)，輸出的是二進(jìn)制補(bǔ)碼。

　　MAX1132還帶有3個(gè)用戶可編程的輸出口(P0、P1、P2)，它們均采用推挽式CMOS輸出，可用來驅(qū)動(dòng)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)或PGA。這三個(gè)編程口在缺省狀態(tài)下的輸出均為零，并且在硬件關(guān)閉模式期間均保持不變，此外，它們在上電置位時(shí)，也均被置零。

　　4MAX1132的應(yīng)用

　　在筆者研制開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)地電影像儀系統(tǒng)中，由于需要檢測的地電信號的幅值范圍較大，檢測信號精度要求高，信號采集時(shí)間短，而且需要采集的信號通道多，因此對ADC的性能提出了很高的要求。而MAX1132具有雙極性轉(zhuǎn)換模式，轉(zhuǎn)換的電壓范圍可達(dá)到-12V～+12V，比其他ADC轉(zhuǎn)換電壓范圍要寬;它的精度達(dá)到16位，轉(zhuǎn)換速度最高可達(dá)到200ksps，足以滿足系統(tǒng)對精度和速度的要求;雖然它內(nèi)部沒有集成多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，但本身帶有三個(gè)用戶可編程輸出口，可以很方便地控制一個(gè)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，以滿足系統(tǒng)信號采集通道多的要求;MAX1132采用單電源供電，內(nèi)部帶有參考電壓，可簡化外圍電路，而且使用方便。基于以上特點(diǎn)，筆者選用了MAX1132。

　　MAX1132與單片機(jī)進(jìn)行接口的電路。圖中將MAX1132的CS與單片機(jī)P1.0腳相連，MAX1132的片選端由單片機(jī)經(jīng)P1.0腳發(fā)出信號選通;控制字節(jié)由單片機(jī)P1.1腳輸出到ADC的DIN端;轉(zhuǎn)換結(jié)果則由P1.2腳從ADC的DOUT端讀入單片機(jī)，讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的時(shí)鐘SCLK可由P1.4腳依次發(fā)出高低電平來構(gòu)成;P1.3腳接至表示MAX1132工作狀態(tài)的串行選通輸出SSTRB，單片機(jī)則通過P1.3腳查詢ADC的工作狀態(tài);P0、P1、P2三個(gè)輸出連接到多路轉(zhuǎn)換開關(guān)以控制轉(zhuǎn)換通道的切換，而進(jìn)行逐次逼近轉(zhuǎn)換的時(shí)鐘則由MAX1132內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生。

　　本應(yīng)用選用MAX1132雙極性、內(nèi)部時(shí)鐘、短采集模式的工作方式。，tACQ是采集輸入信號的時(shí)間，tCONV是進(jìn)行轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間。由圖可以看出，MAX1132在片選CS有效、開始位由DIN端打入后即可開始對輸入信號的采集，并一直到控制字節(jié)P2位進(jìn)入其內(nèi)部移位寄存器以后便可完成對輸入信號的采集。因此，當(dāng)使用MAX1132的三個(gè)用戶可編程輸出口去控制一個(gè)多路開關(guān)時(shí)，要特別注意對輸入通道的切換時(shí)間。由于MAX1132在應(yīng)用中需要在輸入端連接一個(gè)緩沖放大器，而這個(gè)緩沖放大器在輸入信號變化時(shí)需要一定的時(shí)間去響應(yīng)信號的變化，所以輸入通道應(yīng)該在信號采集完成以后馬上被切換，而不是在轉(zhuǎn)換完成以后再切換。也就是說，對MAX1132送當(dāng)前轉(zhuǎn)換通道的控制字節(jié)時(shí)，就要將下一通道的控制信號(P2、P1、P0)送入其內(nèi)部移位寄存器中并打開多路開關(guān)的下一通道，以確保緩沖放大器有足夠的時(shí)間響應(yīng)信號的變化以準(zhǔn)確完成轉(zhuǎn)換。此外，串行選通信號SSTRB在轉(zhuǎn)換開始時(shí)為低，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)變高，因此，可以利用它來對單片機(jī)產(chǎn)生中斷或采用查詢方式判斷轉(zhuǎn)換是否完成。片選CS在這種工作方式下可以不保持為低。轉(zhuǎn)換進(jìn)行時(shí)，可由一個(gè)內(nèi)部寄存器存儲轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，可由SCLK時(shí)鐘在任意時(shí)刻將數(shù)據(jù)移出，轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高位(MSB)會在SSTRB變高后出現(xiàn)在DOUT上。

　　下面給出一段完整的轉(zhuǎn)換和控制程序，以供參考：

　　START：CLRP1.0 ;片選有效

　　MOV A，#0A0H ;控制字節(jié)

　　MOV R2，#08

　　DIN： CLR P1.4

　　RLC A

　　MOV P1.1，C ;送控制字

　　SETB P1.4

　　DJNZ R2，DIN

　　CLR P1.4

　　SETB P1.0

　　WAIT： JNB P1.3，WAIT

　　STORB： MOV R7，#16

　　CLR P1.0

　　LOOP： MOV C，P1.2 ;讀結(jié)果

　　MOV A，31H

　　RLC A

　　MOV 31H，A ;存高8位

　　MOV A，30H

　　RLC A

　　MOV 30H，A ;存低8位

　　SETB P1.4

　　CLR P1.4

　　DJNZ R7，LOOP

　　SETB P1.0

　　SA： SJMP SA

　　END

　　5結(jié)束語

　　新型ADC芯片MAX1132與一般ADC芯片相比，由于其僅需單一+5V供電，同時(shí)帶有內(nèi)部基準(zhǔn)電壓且外圍電路簡單，因而可簡化電路設(shè)計(jì)。同時(shí)，基于MAX1132的串行接口也易于與單片機(jī)進(jìn)行連接，而且占用單片機(jī)口線少，因而能用于較為復(fù)雜的系統(tǒng)開發(fā)。