高精度串行模數轉換器MAX1032的應用

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位的串行輸出模數轉換器。該器件具有轉換速率高、功耗低、接口方便等優點，特別適合在航空電子、數據采集、工業控制、多媒體、機器人等領域的應用。

　　2? MAX1032的特性和結構

　　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：數據和信號接口電平與SPITM/QSPITM/MICROWIRETM兼容，可以和供電電壓為2.7V至5.25V的計算機系統直接連接；

　　(4)采樣速率: 115ksps；

　　(5)基準電壓：可采用內部基準，也可采用外部基準，基準電壓范圍3.800V～4.136V。

　　2.2??? MAX1032的結構

　　MAX1032內置14位逐次逼近寄存器和輸入跟蹤/保持電路，實現將模擬信號轉換成14位數字信號，數據輸出方式為串行。其內部結構和引腳排列分別如圖1、圖2所示。

　　（1）CH0-CH7：模擬信號輸入端。

　　（2）CS：片選輸入，低電平有效。只有置低時，數據才可同步輸入（DIN）或輸出（DOUT）。

　　（3）DIN：串行數據輸入。在CS為低時，DIN上的數據在SCLK的上升沿時刻輸入片內。

　　（4）SSTRB：串行觸發輸出。在內部時鐘模式下，SSTRB的上升沿跳變表明轉換完成；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：串行數據輸出。在CS為低時，DOUT上的數據在SCLK的下降沿時刻輸出；CS置高時，DOUT為高阻狀態。

　　（7）REF：內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。

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　　圖1 圖1 MAX1032的內部結構??

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　　圖2? MAX1032的引腳

　　3 工作原理

　　在進行A/D轉換之前，要確認被轉換的模擬信號是否滿足模數轉換器只有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換的模擬通道、轉換方式和轉換范圍，其格式如表1所示。

　　表1 信號輸入控制字

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　　3.2 工作模式控制字

　　MAX1032有外部時鐘、外部采樣、內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換速率。SCLK控制模擬信號的采集及轉換，這樣在模擬信號的獲取時，更加便于精度的控制。

　　（2）??? 外部采樣模式。在此模式下以最慢的轉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、內部時鐘控制模擬信號的轉換。在前15個時鐘周期內CS必須保持低電平，然后發生跳變并保持高電平。為了得到最佳的轉換效果，應將DIN和SCLK置空閑位。

　　（3）??? 內部時鐘模式。在此模式下，內部時鐘控制模擬信號的采集和轉換，內部時鐘在SCLK的第8個周期的下降沿后的100ns-400ns時間內啟動轉換，其速率大約為4.5MHz。轉換結束后,SSTRB置位高電平、CS置位低電平導出轉換結果。

　　表2? 工作模式控制字

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　　4??? 應用舉例

　　本文以MAX1032在DS87C520中的應用為例，介紹MAX1032與CPU的接口方法與軟件設計。

　　DS87C520介紹

　　達拉斯公司生產的DS87C520是一種新型高速全靜態CMOS單片機，其引腳和指令集與8051單片機完全兼容。DS87C520的處理器核心經過重新設計，一個機器周期只占4個時鐘周期。實際應用表明，若時鐘頻率相同，DS87C520執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，可以滿足高速數據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 EPROM、1KB片內SRAM、雙數據指針、電源電壓下降自動復位、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用領域與前景。

　　MAX1032與DS87C520的連接

　　圖3是MAX1032與DS87C520的應用連接。在本例中，我們采取的是內部時鐘模式，工作模式控制字為10101000B。為了提高計算機系統的抗干擾能力，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轉換的工作狀態，可以用查詢方式或中斷方式監測該信號，以便及時讀取正確的轉換結果。

　　程序采用C51語言編寫，并在KEILC51 V6．20環境下通過了調試。程序的編寫思路是：定義DS87C520的P1.0為MAX1032的片選信號CS，P1.1為數據輸入DIN,P1.2為數據輸出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轉換被啟動，經過一段時間的延時（A/D轉換），SSTRB端發生上升沿跳變，表明A/D轉換結束。在時鐘SCLK的作用下，從數據輸出端DOUT讀出兩個字節長度的轉換結果。將讀出的數據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 軟件設計

　　按照圖3連接的系統，完整的A/D轉換子程序如下：

　　// 采用P1口作控制

　　sbit? DOUT = P1^2 ;????? // 數據輸出

　　sbit?? CS? = P1^0 ;????? // MAX1032片選

　　＃define uint unsigned int

　　＃define 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，開始轉換

　　for(i=0;i<8;i++)???????????? //延時，等待轉換結束

　　{

　　 _nop_();

　　}

　　SCLK=1;

　　SCLK=0;

　　//開始讀數據

　　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? 結論

　　Maxim公司的高性能A/D系列的產品已在多種場合得到了廣泛的應用，如高精度數據采集系統、工業過程控制、便攜式數字儀表、醫療儀器等。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，給出了典型的應用實例及程序，讀者可將其靈活運用于自己的系統設計中。