基于MAX194在ARM單片機系統(tǒng)中的設(shè)計

摘 要： 通過對MAXI94進行簡要介紹， 給出了MAX194與32位單片機LPC2104的接口電路，

描述了MAX194的工作過程，給出了一段A，D轉(zhuǎn)換的具體程序。

引言
為了實現(xiàn)計算機的自動測量與控制，越來越多的領(lǐng)域采用了A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)。隨著大規(guī)模集成電路芯片技術(shù)的發(fā)展，速度更快、精度更高、使用更方便的集成電路芯片層出不窮。本文介紹了一種筆者使用后取得良好效果的新型A/D轉(zhuǎn)換芯片—MAX194。另外，由于32位處理器的價格不斷下降，用戶已可以大量使用，而32位RISC處理器則更是受到青睞，并將在某些領(lǐng)域替代原來的8位單片機。其中，ARM嵌入式微處理器系列處于領(lǐng)先地位。筆者所介紹的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中采用的是PHILIPS公司生產(chǎn)的以ARM7處理器作為內(nèi)核的LPC2104單片機。
1 MAX194簡介
MAX194是MAXIM公司推出的一種逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，具有高速、高精度、低功耗等特點。MAX194內(nèi)部設(shè)有校準電路，用于保證全溫度范圍內(nèi)的線性度，從而維持全量程內(nèi)的高性能，且不需要外部的調(diào)整電路。分開的模擬和數(shù)字供電最大程度地減少了數(shù)字噪聲耦合。MAX194的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要特性如下：

◇ 14位分辨率，1／2LSB非線性度，82分貝的信噪比；
◇ A/D轉(zhuǎn)換時間為9.4 μs；
◇ 低功耗，節(jié)電模式下僅為10 μA；
◇ 內(nèi)置采樣／保持器(T/H)；
◇ 單極性(0～VREF)或雙極性(－VREF～VREF)輸入；
◇ 3態(tài)串行接口輸出；
◇ 與16位的A/D轉(zhuǎn)換器MAX195引腳兼容、輸出數(shù)據(jù)格式相同，便于升級。
1．1 MAX194的主要引腳功能
◇ BP/UP/SHDN：三態(tài)輸入選擇端。0 V為關(guān)斷，+5 V為單極性，浮空為雙極性；
◇ CLK：轉(zhuǎn)換時鐘輸入端；
◇ SCLK：串行時鐘輸入端。用于移出數(shù)據(jù)，可以與CLK異步；
◇ DOUT：串行數(shù)據(jù)輸出端。高位先出；
◇ EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端。轉(zhuǎn)換開始時上升，結(jié)束時下降；
◇ CS：片選輸入端。當為低電平時允許三態(tài)數(shù)據(jù)輸出；
◇ CONV：轉(zhuǎn)換開始輸入端。在波形的下降沿開始轉(zhuǎn)換；
◇ RESET：復位輸入端；
◇ REF：參考電壓輸入端；
◇ AIN：模擬量輸入端。
1．2 工作模式
MAX194有兩種接口模式。
◇ 同步模式：MAX194在轉(zhuǎn)換過程中，每轉(zhuǎn)換完成一個，數(shù)據(jù)位就輸出一位。此時，SCLK應(yīng)該接地，CLK既作為ADC的轉(zhuǎn)換時鐘又作為串行接口的移位輸出時鐘。
◇ 異步模式：單片機只能在MAX194完成一次轉(zhuǎn)換之后才能將轉(zhuǎn)換結(jié)果讀出，然后再啟動下一次轉(zhuǎn)換。這種模式降低了MAX194連續(xù)轉(zhuǎn)換的速度。
1．3 硬件接口
串行接口標準與SPITM、QSPITM兼容。MAX194在進行A/D轉(zhuǎn)換時需要由外部提供時鐘信號。圖2是MAX194與單片機采用異步模式的硬件連接圖。該圖中，MAX194進行A/D轉(zhuǎn)換所需的時鐘信號由外部晶振分頻得到。使用者也可根據(jù)需要由單片機提供該時鐘信號。時鐘信號的最大頻率是1.7 MHz，參考電壓的范圍是0～VDDA+0.3 V。為了防止從AIN端輸入的信號損壞ADC，應(yīng)在信號輸入端加電壓限幅電路以保護MAX194。圖3是其時序圖。P3.0產(chǎn)生的START信號與CLK信號相“或”后作為啟動轉(zhuǎn)換的CONV信號。CONV的下降沿可以啟動轉(zhuǎn)換，開始轉(zhuǎn)換后監(jiān)測EOC，當它由高電平變低時說明轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，適當延時后就可以從串口讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果，讀數(shù)據(jù)的最高速率是4.19 Mbps。