主流A/D轉(zhuǎn)換芯片學(xué)習(xí)詳解（1）：美信MAX197

　　
　　圖3 MAX197引腳定義視圖

　　MAX197既可以使用內(nèi)部參考電壓源，也可以使用外部參考電壓源。當(dāng)使用內(nèi)部參考源時(shí)，芯片內(nèi)部的2.5V基準(zhǔn)源經(jīng)放大后向REF提供4.096V參考電平。這時(shí)應(yīng)在REF與AGND之間接入一個(gè)4.7μF電容，在REFADJ與AGND之間接入一個(gè)0.01μF電容。當(dāng)使用外部參考源時(shí)，接至REF的外部參考源必須能夠提供400μA的直流工作電流，且輸出電阻小于10Ω。如果參考源噪聲較大，應(yīng)在REF端與模擬信號(hào)地之間接一個(gè)4.7μF電容。模擬量輸入通道擁有±16.5V的過(guò)電壓保護(hù)，即使在關(guān)斷狀態(tài)下，保護(hù)也有效。
　　通過(guò)將控制寄存器的ACQMOD位置0可選擇內(nèi)部采集控制模式。在內(nèi)部采集控制模式下，寫信號(hào)脈沖將開(kāi)始一個(gè)由內(nèi)部定時(shí)控制長(zhǎng)度的采集間隔。在6個(gè)時(shí)鐘周期長(zhǎng)度的采集間隔結(jié)束時(shí)，將啟動(dòng)下一個(gè)轉(zhuǎn)換。
　　在內(nèi)部采集控制模式下，MAX197的模擬信號(hào)輸入電路擁有5MHz的信號(hào)帶寬，當(dāng)使用內(nèi)部采集控制模式并使用外接2MHz時(shí)鐘時(shí)，可達(dá)到100kSa/s的通過(guò)速率。
　　通過(guò)將控制寄存器的ACQMOD位置1可選擇外部采集控制模式。采用外部采集控制模式是為了精確控制采樣孔徑或獨(dú)立控制采集和轉(zhuǎn)換時(shí)間。由用戶分別通過(guò)兩個(gè)寫信號(hào)脈沖控制采集間隔和開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)間，第一個(gè)寫信號(hào)脈沖時(shí)將控制寄存器的ACQMOD位置1，開(kāi)始一個(gè)采集間隔。第二個(gè)寫信號(hào)脈沖時(shí)將控制寄存器的ACQMOD位置0，結(jié)束采集間隔并開(kāi)始轉(zhuǎn)換。然而，如果在第二個(gè)寫信號(hào)脈沖時(shí)將控制寄存器的ACQMOD位置1，則將開(kāi)始又一個(gè)采集間隔。
　　在第一個(gè)寫信號(hào)脈沖和第二個(gè)寫信號(hào)脈沖時(shí)，控制寄存器中的模擬通道選擇位必須置相同的值。電源關(guān)斷模式控制位可以置不同的值。
　　選用AT89C51單片機(jī)作為主處理器。通過(guò)P0.0～P0.7與MAX197的D0～D7相連，既用于輸入MAX197的初始化控制字，也用于讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)。 用AT89C51單片機(jī)的P2.7作片選信號(hào)，則MAX197的高位地址為7FH。選擇MAX197為軟件設(shè)置低功耗工作方式，所以置SHDN腳為高電平。本文采用外部基準(zhǔn)電壓，所以REFDJ接高電平，而REF則接外部輸入?yún)⒖茧妷?。AT89C51單片機(jī)的P1.1腳用做判讀高、低位數(shù)據(jù)的選擇線，直接與HBEN腳相連。MAX197的INT腳可與AT89C51的INT0相連，以便實(shí)現(xiàn)中斷，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。MAX197只有8個(gè)通道，一共要采32路壓力值，用8片4選1的模擬開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。
　　在電路中，AGND和DGND應(yīng)相互獨(dú)立，各種電源與模擬地之間都用0.1mF電容來(lái)消除電源的紋波。
　　AX197的硬件電路設(shè)計(jì)如圖4所示。

　　
　　圖4 MAX197連接原理圖

　　單片機(jī)數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)如下：
　　void scan（uchar channel）{ //channel為通道數(shù)
　　uchar conword，low8，high4，i; //定義變量
　　for（i=0;i《8;i++）{
　　if（i》0）channel=channel》》1;
　　if（channel1）{
　　conword=0x50+i;
　　P12=1;
　　XBYTE［0xE000］=conword; //讀取數(shù)據(jù)
　　while（P32==1）{}
　　//P12=0;
　　P13=0;
　　low8=XBYTE［0xE000］; //低位處理
　　P13=1;
　　high4=XBYTE［0xE000］0x0F; //高位處理
　　SUMX［i］=high4*256+low8; //數(shù)據(jù)整合
　　}
　　}
　　}
　　根據(jù)系統(tǒng)的要求以及芯片的性能，選擇10ms為采樣的最小間隔。后面在PC端的程序可調(diào)整設(shè)定發(fā)送間隔，如果發(fā)送間隔大于采樣間隔，則將采樣得到的完整數(shù)據(jù)取均值后再發(fā)送，可以起到濾波的作用。
　　if（FREQ》=10）{ //INTERVAL 設(shè)定采樣間隔為10ms
　　FREQ=0;
　　scanall（）;
　　NUM1++;
　　P16=0;
　　P17=0;
　　}
　　if（NUM1》=INTERVAL）{ //interval 即為PC端發(fā)送的指令
　　for（i=0;i《32;i++）{ //如果大于10ms則取平均值
　　if（SUM［i］！=0）{
　　union{
　　ulong usum;
　　uchar ustr［4］;
　　} nua;
　　uchar a;
　　transfer（i）;
　　SUM［i］=SUM［i］/NUM1;
　　nua.usum=SUM［i］;
　　a=nua.ustr［2］;
　　transfer（a）;
　　a=nua.ustr［3］;
　　transfer（a）;
　　SUM［i］=0;
　　}
　　}
　　NUM1=0;
　　NUM2++;
　　}
　　串行通信部分

　　
　　圖5 MAX232通信連接原理圖

　　采用MAX232芯片與PC機(jī)通信，電路連接如圖5所示。
　　總結(jié)
　　將系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，連續(xù)運(yùn)行14小時(shí)正常。該系統(tǒng)已用于水庫(kù)模型測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，運(yùn)行良好。將前端傳感器更換后，后級(jí)系統(tǒng)可以應(yīng)用于多種場(chǎng)合，另外加入保護(hù)電路后更可用于惡劣條件下。系統(tǒng)前級(jí)提供4～20mA的電流模擬信號(hào)，后級(jí)即可工作并將信號(hào)輸出，通用性較強(qiáng)。