一種高速單片機數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)設(shè)計
1 MAX1241介紹
MAX1241是MAXIM公司推出的一種串行A/D轉(zhuǎn)換器,具有低功耗、高精度、高速度、體積小、接口簡單等優(yōu)點.MAX1241是一種單通道12位逐次逼近型串行A/D轉(zhuǎn)換器,功耗低,轉(zhuǎn)換速度快.
1.1 MAX1241功能特點
(1)2.7~5.25 V單電源供電;
(2)12位分辨率;
(3)8腳DIP/SO封裝;
(4)低功耗:Pmax=3mW(73 KSPS),
(5)內(nèi)部提供采樣/保持電路;
(6)兼容于SPI/QSPI/MICROWIRE 串行三線外設(shè)接口;
(7)內(nèi)部提供轉(zhuǎn)換時鐘.
1.2 芯片介紹及外圍電路
圖 1所示是MAX1241最簡單的外圍配置電路。其中,1腳是電源輸入端,電源電壓范圍為2.7~5.25V。2腳是模擬信號輸入端,輸入電壓范圍是 0V~VREF,1241可以在9μs內(nèi)實現(xiàn)將輸入信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。3腳是關(guān)斷控制輸入端,利用其可實現(xiàn)1241兩種工作模式的切換,將3腳外接低電平,1241工作于關(guān)斷模式,輸入電流可減少至10μA以下,處于節(jié)能狀態(tài);若外接高電平,1241是標(biāo)準(zhǔn)工作模式,可實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。管腳4是基準(zhǔn)電壓,需外接4.7μF的電容。5腳是接地端。管腳6是數(shù)據(jù)輸出端,當(dāng)其由0翻轉(zhuǎn)為高電平時,表示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成,可以讀數(shù)據(jù)了。7腳是片選端,低電平有效。管腳 8是外部讀數(shù)時鐘脈沖輸入端,最高頻率可達2.1MHz,當(dāng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成,輸入外部讀數(shù)時鐘,每個讀數(shù)時鐘脈沖的上升沿讀出一位數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)讀出的順序是由高位到低位,第一個讀數(shù)時鐘脈沖的下降沿表示數(shù)據(jù)輸出開始,1241是12位模-數(shù)轉(zhuǎn)換器,所以要完整的讀出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù),至少需要外部輸入13個脈沖。
1.3 工作過程
其工作時序如圖2所示,下面我們結(jié)合圖2來分析MAX1241的工作過程.
(1)、在 =1前提下,使片選信號有效,同時保持時鐘輸入端為低電平;
(2)、大約9μs后,可在SCLK端送入外部時鐘脈沖,讀出數(shù)據(jù)。從時序圖中可看出,轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)是在輸入脈沖由高電平變成低電平后有效,上升沿讀出。當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換完成后,數(shù)據(jù)輸出端DOUT由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平,所以也可通過查詢DOUT的狀態(tài)確定轉(zhuǎn)換是否完成;
(3)、在外部輸入13個脈沖后,數(shù)據(jù)讀取完成,將片選信號端置高電平。只要使片選信號再次有效,就可以重新開始一輪新的模數(shù)轉(zhuǎn)換和讀取過程。
(4)、數(shù)據(jù)讀取完成后,如果仍然保持片選信號有效,則DOUT端始終輸出低電平。
2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計
MAX1241的典型配置及與89C51單片機的接口電路如圖3所示,采用+3.6V的標(biāo)準(zhǔn)電池E供電,這樣,89C51和1241可以共用一個直流電源,從而減小系統(tǒng)體積。關(guān)斷輸入控制端由P1.0控制,這樣使1241只有在需要采集數(shù)據(jù)時才處于標(biāo)準(zhǔn)工作模式,否則就處于節(jié)能態(tài)。1241的三根數(shù)據(jù)線,時鐘輸入端、片選控制端和數(shù)據(jù)輸出端分別由89C51的P3.4、P3.3和P3.5控制。設(shè)計時應(yīng)注意以下幾點:
2.1 電源配置
VDD供電范圍為2.7~5.25V,為減少來自電源的干擾,可在VDD引腳配置4.7μF和0.1μF的濾波電容.
2.2 參考電源的配置
由于MAX1241內(nèi)部沒有參考電源提供,需外接參考電壓,只需將Vref接在4.7μF電解電容即可;特殊情況下,可根據(jù)前面所述的工作方式控制,讓 懸空,此時,即可在REF引腳輸入?yún)⒖茧妷海浞秶鸀?.0~VDD.REF引腳外接電解電容不宜選擇過大,電容越大,MAX1241由待機模式到正常工作模式的喚醒時間將越長.
2.3 采樣/保持電路
MAX1241芯片內(nèi)部具有采樣/保持電路,無需外部保持電容和采樣/保持電路.
2.4 SPI接口時序的軟件合成
由于89C51單片機不具有SPI接口,因而采用軟件合成的方式來和MAX1241接口,模擬SPI接口方式.其時序必須嚴(yán)格按照圖2所提供的時序圖來進行.應(yīng)當(dāng)注意,SCLK的個數(shù)應(yīng)比數(shù)據(jù)的實際位數(shù)多1,因第0個SCLK為A/D轉(zhuǎn)換期間所必須提供的.
2.5 MAX1241與89C51的硬件接口
MAX1241的控制線SCLK、、DOUT可與89C51的通用I/O口直接相連,無需任何接口變換,其SPI接口由89C51的程序來合成.
圖3 數(shù)據(jù)采集電路
2.6 模擬電壓輸入
模擬電壓經(jīng)前級放大至0~VREF 范圍后,由AIN引腳輸入.
3 數(shù)據(jù)處理程序
為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,可利用程序來進行數(shù)字濾波,通常采用一次延遲數(shù)字濾波,其算
為了保證準(zhǔn)確度,可采用雙字節(jié)運算程序來處理數(shù)據(jù),并且不考慮符號。這樣可以簡化程序。常數(shù)都表示成16位數(shù)據(jù),以便進行雙字節(jié)運算。在下列數(shù)據(jù)區(qū)中加入本程序所用的常數(shù)及運算數(shù)據(jù)。
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