MAX197在多通道數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用

摘    要：本文闡述了MAX197模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的特性和工作原理，并結(jié)合其在多通道數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用介紹了MCS-51系列單片機與MAX197的硬件接口設(shè)計和軟件編程方法。
關(guān)鍵詞：MAX197；AT89C52；多通道

引言
在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，A/D轉(zhuǎn)換的速度和精度又決定了采集系統(tǒng)的速度和精度。MAX197是Maxim公司推出的具有12位測量精度的高速A/D轉(zhuǎn)換芯片，只需單一電源供電，且轉(zhuǎn)換時間很短(6ms)，具有8路輸入通道，還提供了標準的并行接口——8位三態(tài)數(shù)據(jù)I/O口，可以和大部分單片機直接接口，使用十分方便。

MAX197芯片簡介
MAX197轉(zhuǎn)換的基本原理
MAX197無需外接元器件就可獨立完成A/D轉(zhuǎn)換功能。它可分為內(nèi)部采樣模式和外部采樣模式，采樣模式由控制寄存器的D5位決定。在內(nèi)部采樣控制模式(控制位置0)中，由寫脈沖啟動采樣間隔，經(jīng)過瞬間的采樣間隔(芯片時鐘為2MHz時，為3ms)，即開始A/D轉(zhuǎn)換。在外部采樣模式(D5=1)中，由兩個寫脈沖分別控制采樣和A/D轉(zhuǎn)換。在第一個寫脈沖出現(xiàn)時，寫入ACQMOD為1，開始采樣間隔。在第二個寫脈沖出現(xiàn)時，寫入控制字ACQMOD為0，MAX197停止采樣，開始Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換。這兩個寫脈沖之間的時間間隔為一次采樣時間。當一次轉(zhuǎn)換結(jié)束后，MAX197相應(yīng)的INT引腳置低電平，通知處理器可以讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。
內(nèi)部采樣模式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時序
對于模擬到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，時序要求非常嚴格，由于MAX197的數(shù)字信號輸出引腳是復(fù)用的，要正確讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果，時序要求尤其重要。在一次采樣開始前，可以通過單片機的8位數(shù)據(jù)線把這些控制字寫入MAX197來初始化相應(yīng)的參數(shù)。然后按照一定的時序進行采樣和轉(zhuǎn)換。圖1即為內(nèi)部采樣模式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時序圖。
圖中HBEN為12位數(shù)據(jù)高4位或低8位有效控制位，當此位為高時，高4位數(shù)據(jù)有效，為低時低8位數(shù)據(jù)有效?？梢酝ㄟ^控制這個引腳來讀取12位的轉(zhuǎn)換結(jié)果。

MAX197與單片機硬件接口設(shè)計
MAX197是一種通用A/D芯片，可以和多種微機接口，在此選用AT89C52單片機作為主處理器。通過AT89C52的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AT89C52單片機的P2.7作片選信號，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。本文采用外部基準電壓，所以REFDJ接高電平，而REF則接外部輸入?yún)⒖茧妷?。AT89C52單片機的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AT89C52的INT0相連,以便實現(xiàn)中斷，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。
在電路中，AGND和DGND應(yīng)相互獨立，各種電源與模擬地之間都用0.1mF電容來消除電源的紋波。MAX197的硬件電路設(shè)計如圖2所示。

軟件設(shè)計
MAX197與其它A/D芯片不同之處在于它的很多硬件功能都是利用內(nèi)部控制字來實現(xiàn)的，如通道選擇、模擬信號量程、極性等。MAX197的輸出數(shù)據(jù)采用無符號二進制模式(單極性輸入方式)或二進制補碼形式(雙極性輸入方式)。當CS和RD都有效時，HBEN為低電平，低8位數(shù)據(jù)被讀出，HBEN為高電平,復(fù)用的高4位被讀出，另外4位保持低電平(在單極性方式下)，或另外4位為符號位(在雙極性方式下)。
由以上可知，正確進行采集轉(zhuǎn)換并讀取數(shù)據(jù)的前提是必須正確設(shè)置控制字以及MAX197的各種控制信號。本設(shè)計中，進行數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換前都對MAX197進行初始化，以便確定其采集轉(zhuǎn)換的通道、量程和極性等。
程序的編寫可以采用查詢和中斷兩種方式，其中查詢方式是在查詢相應(yīng)的標志成立時，執(zhí)行讀取；而中斷則通過把MAX197的INT引腳連接到單片機的外部中斷引腳來實現(xiàn)。本設(shè)計的軟件是利用MCS-51匯編指令進行編寫的，利用中斷進行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和讀取等操作。綜上，一個典型A/D轉(zhuǎn)換的控制與讀取程序流程如圖3所示。
 
結(jié)語
此設(shè)計表明，以MAX197為核心的數(shù)據(jù)采集Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換電路具有外圍電路簡單、與處理器并口兼容性好、時序控制簡單易懂的特點，其變換時間短(6ms)，可靠性和性價比高，并且編程簡單，比較適合實時性要求較高的大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)采集與高速A/D轉(zhuǎn)換使用?！?/P>

參考文獻
1 肖忠祥. 數(shù)據(jù)采集原理. 西安： 西北工業(yè)大學(xué)出版社，2001
2 Maxim 1997 New Releases DataBook V1 ，1997