A/D轉換器MAX1270的特點性能和應用實例分析

1．引言

目前A/D轉換器的種類繁多，從數據輸出形式上可分為串行輸出與并行輸出兩大類。其中串行輸出AD轉換器因其硬件接口簡單而得到廣泛應用。另外，從可接受的輸入信號極性上看，A/D轉換器又可分為單極性輸入和雙極性輸入。在很多的數據采集場合常常面對極性可變的模擬信號。當然可將待轉換信號進行電位移動以將其轉化為單一極性，但如此便增加了電路的復雜性。串行輸出、雙極性輸入A/D轉換器MAX1270不增加任何硬件電路即可實現對雙極性模擬信號的A/D轉換。迄今為止對MAX1270的應用非常少，且未見詳細介紹。本文詳細介紹了MAX1270的特點，給出了最簡硬件接口、軟件編程及應用實例。

2． MAX1270芯片介紹

MAX1270是8通道、多量程雙極性輸入、串行輸出、逐次逼近型12 bit AD轉換器。其封裝形式有24腳Narrow PDIP和28腳SSOP兩種。PDIP封裝的引腳排列如圖1所示。各有用引腳功能如下：

1－VDD，+5V電源輸入端；2、4－DGND，數字地；5－SCLK，串行時鐘輸入端；6－/CS，片選輸入端，低電平有效；7－DIN，串行數據輸入，即AD轉換控制字輸入端；8－SSTRB，串行數據輸出選通輸出端；10－DOUT，串行數據輸出端；11－/SHDN，掉電模式控制輸入端，

A/D轉換器MAX1270的特點性能和應用實例分析

低電平有效；12－AGND，模擬地；13~20－CH0~CH7，模擬信號輸入端；21－REFADJ，參考電壓輸出/外部調節輸入；23－REF，參考電壓緩沖輸出/ADC的參考輸入。

2.1 MAX1270的控制字

MAX1270的8位控制字及其功能如表1所示。最高位START為起始位（高電平），標志控制字的開始。/CS為低電平期間，控制字在時鐘脈沖SCLK作用下先高位后低位通過DIN端輸入。

表1 控制字格式

2.2時鐘模式與轉換速率

PD1PD0為掉電/時鐘模式選擇位。PD1PD0＝10、11時為省電模式。正常工作時MAX1270有外部時鐘與內部時鐘兩種工作模式。PD1PD0＝01時為外部時鐘模式，串行數據的移入、移出以及數據采集、轉換都由SLCK端的輸入脈沖控制。PD1PD0＝00時為內部時鐘模式，數據轉換時鐘由芯片自己產生，減輕了微處理器的負擔，使得轉換后的數據可在微處理器方便的任何時刻讀取，利于提高微處理器的工作效率。外部時鐘模式分為25SCLK/s（每個數據轉換需要25個時鐘周期）和18 SCLK/s兩種方式，后者轉換速率稍快的原因是在全部數據轉換期間/CS始終維持有效電平。內部時鐘模式也有20、16、13 SCLK/s等不同轉換方式。不同的時鐘模式和轉換方式，其轉換速率不同。在外部時鐘模式、SCLK速率為2MHz、18 SCLK/s時MAX1270轉換速率可達110ksps。

2.3通道選擇與輸入范圍

SEL2~SEL0為通道選擇位，000~111分別選擇輸入通道CH0~CH7。RNG~BIP為輸入范圍選擇位，MAX1270有4種輸入范圍。RNG~BIP置00時 0～5V單極性輸入，置01時0～+10V單極性輸入；置10時 -5～+5V雙極性輸入；置11時-10～+10V雙極性輸入。

2.4傳輸函數與輸出數據格式

對單極性輸入，1LSB＝FS/4096，輸出數據為12位二進制碼。對雙極性輸入，1LSB＝FS/2048，輸出數據為12位二進制補碼。

2.5參考電壓

MAX1270可使用芯片內的4.096V參考電壓，也可使用外部參考。圖2是使用片外參考和片內參考時相關管腳的接法。

圖2 管腳連接圖（a）使用片內參考電壓（b）、（c）使用片外參考電壓

3．電路硬件連接與軟件編程

MAX1270與AT89S52的連接方法如圖3所示。下面是用匯編語［2］言編寫的一個通道AD轉換子程序adconversion，外部時鐘模式，轉換方式25SCLK/s。控制字在R1中。轉換所得12位數據高4位放入R3，低8位放入R4。

adconversion： CLR P1.0

MOV A，R1 ；將控制字送A

LCALL INPUT ；控制字輸入子程序

CLR P1.1 ；SCLK第8個時鐘的下降沿

CLR P1.2

SETB P1.1

CLR P1.1 ；SCLK第9個時鐘的下降沿

…。

SETB P1.1 ；SCLK第13個時鐘的上升沿

ACALL OUTPUT ；輸出AD轉換后的數據

CLR P1.1

SETB P1.0

RET

INPUT： NOP ；MAX1270的控制字輸入子程序

MOV R2，#08H ；控制字有8位

LOOP3： CLR P1.1

RLC A ；控制字在A中

MOV P1.2， C

SETB P1.1

DJNZ R2， LOOP3

RET ；SCLK處于第8個脈沖的高電平

OUTPUT： NOP ；12位數據輸出子程序

MOV R2，#04H ；輸出數據高4位

LCALL OUTPUT1

MOV R3， A ；高4位送R3

MOV R2，#08H ；輸出數據低8位

ACALL OUTPUT1

MOV R4， A ；低8位送R4

RET

OUTPUT1： CLR A

LOOP8： SETB P1.3 ；置P1.3為輸入

CLR P1.1

NOP ；等待SSTRB由高變低，至少200ns

MOV C， P1.3

RLC A

SETB P1.1

DJNZ R2， LOOP8

RET

4．應用實例

將MAX1270數據采集電路應用于毛細管電泳電導檢測系統中。該檢測系統需要4路雙極性數據采集，其中3路為電泳通道電流、1路為電導檢測電流，其中通道電流用于監視系統工作狀態，而檢測電流是標志被測物質含量的關鍵信息。將所采集電流信號調理、轉換成-10～+10V的電壓信號，再經MAX1270模數轉換后通過單片機串口發送給PC機存儲、顯示。單片機振蕩頻率12MHz、串口波特率62.5KHz，程序框圖如圖4所示。PC機數據接收和顯示由其它高級語言編寫。檢測系統運行結果表明該數據采集電路的采集速率和轉換精度完全滿足要求。