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单片机与A/D转换器的接口设计

发布日期:2005-04-06　作者:王晓光来源:仪表技术

摘要：介绍采用AT89C51单片机与MAX195 A/D转换器实现高精度数据采集的方法，分析其硬件接口及软件编程技巧，并给出相应的电路及程序代码。
关键词：单片机；A/D转换器；接口设计

　　MAX195是16位逐次逼近方式的ADC。它将高精度、高速度、低电源功耗(消耗电流仅10μA)的关闭方式等性能结合在一起。内部校准电路对线性度与偏置误差进行校正，所以无需外部调整便可达到全部额定的性能指标。电容性的DAC结构使之具有特有的85kbps跟踪/保持功能，变换时间仅需9．4μs。三态串行数据输出及引脚可选的单极性(0～VREF)或双极性(－VREF～＋VREF)的输入范围使之可广泛应用于便携式仪表、医用信号采集及多传感器测量等系统中。

1　MAX195引脚及说明
MAX195有16个引脚，其排列如图1所示。

其中：CLK———变换时钟输入端；SCLK———串行时钟输入端，用于在两次变换之输出数据；

———片选端，低电平有效；

———变换开始输入端；

———变换/校准结果输出端，正常时为低电平，在变换/校准开始时，由低变高，结束后，由高变低；DOUT———变换结果串行数据输出端；REF———基准电压输入端0～5V；

———复位输入端，上升沿使MAX195复位并开始校准；

———双极性/单极性/关闭方式选择输入端；AIN———模拟输入端；VDDA、VSSA、VD－DD、VSSD分别为模拟的和数字的±5V电源；AGND、DGND分别为模拟地和数字地。

2　MAX195转换原理及时序
　　MAX195片内含有电容性的数字模拟变换器(DAC)，可对模拟输入进行特有的跟踪和保持，再由逐次逼近寄存器和比较器，在变换时钟CLK的控制下，把模拟输入变换成16位数字代码，通过片内的串行接口输出。芯片内的接口和控制逻辑易与大多数微处理器相连，减少了对外部元件的需求。
其变换及数据输出的时序如图2所示。

　　由时序可以看出，在前次变换结束至少经过三个或三个以上时钟周期后，变换在

有效后的CLK时钟下降沿开始(MAX195对信号的跟踪/保持、采集需4个CLK周期)。同时，

在下一个时钟下降沿变高，待经过9．4μs(CLK为1．7MHz)变换结束后，由高变低，给出变换结束信号，可送去中断或被查询。变换结束由三态串行口DOUT端输出。在变换期间由CLK控制读出数据，也可在两次变换之间由SCLK串行时钟定时读出数据，最高速率可达5Mbps。图2中所示情况为后者，在

保持低电平后，在每个SCLK的下降沿，DOUT端按MSB在前的次序输出一位数据，否则，DOUT处于高阻态。

3　MAX195的校准
　　MAX195在上电时自动进行校准。为了减少噪声的影响，每一个校准试验进行多次并对其结果求平均值。在时钟频率1．7MHz下，校准大约需14000个时钟周期或8．2ms。除了上电校准之外，把

拉至低电平将使MAX195暂停工作，使

再次回到高电平便启动一次新的校准。
　　注：只有在上电延迟期间，电源尚未稳定就开始上电校准或电源电压、环境温度及时钟频率发生明显变化时，才建议重新加以校准。
软件校准参考子程序如下：

4　AT89C51与MAX195的接口设计
　　图3为AT89C51与MAX195接口的硬件电路图。

　　图中AT89C51的ALE端输出信号(等于1/6晶振频率f_osc＝6MHz)作为CLK变换时钟。P1．5作为MAX195的启动控制端。

端悬空表示模拟信号可双极性输入，也可根据需要接＋5V———单极性输入；接地———关闭方式。
　　根据图3，给出A/D采样程序如下：

注：采样结果保存在R₂、R3₃中。

参考文献

［1］余永全．Flash单片机原理及应用［M］．北京：电子工业出版社，1999．
［2］何立民．I²C总线应用设计［M］．北京航空航天大学出版社， 1995．

(全文结束)

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