1 概述

在MCS-51系列不具备I²C总线接口的单片机组成的智能仪器和工业测控系统中，当数据传输速度要求不太高时通过模拟I²C总线可以增加应用系统的接口器件的种类，提高应用系统的性能。

I²C总线，即IC与IC之间沟通的总线，是一种双向二进制总线，即串行时钟线SCL和串行数据线SDA两条线路组成，提高了硬件的效率和简化电路设计。I²C总线接口已经集成在片上，不需要单独设计总线接口和译码电路，电路的互连减少。MAX1069采用单电源供电，利用内部4MHz时钟对其单端模拟输入进行单极性转换。具有自动关断、内部+4.096V基准和兼容于I²C、提供快速及高速模式的2线串行接口。对于不带I²C串行总线接口的MCS-51系列单片机来说，可以利用软件模拟的方法实现带有I²C串行总线接口的I/O芯片的连接。

2 MAX1069功能原理

I²C总线系统上的每一个独立的器件，有其惟一的地址。这些地址在其出厂时已经决定，各器件的数据传送均通过软件寻址实现片选，减少了器件片选的连接。MAX1069的器件寻址字节由7位地址位和1位读/写(R/W)位组成。寻址字节的高3位是器件出厂时给定的，总是011。将ADD3~ADD0连接到DVDD或DGND，对寻址字节的后4位编程形成地址数据。

MAX1069器件有六个控制输入端：地址选择输入端(ADD0~ADD3)，时钟输入端(SCL)以及数据输入/输出端(SDA)。在时钟输入SCL控制下，通过数据输入/输出端SDA与主处理器或其外围的器件进行I²C的串行通信，可与主机高速传输数据。四个地址选择输入端(ADD0~ADD3)允许在同一总线上挂接多达16个MAX1069。片内的ADC用逐次逼近转换器(SAR)和采样保持电路(T/H)来完成模拟信号到14位串行数字数据的采集和转换；MAX1069利用内部4MHz时钟对其单端模拟输入进行单极性转换，满量程输入范围由内部基准或外部提供的1V至AVDD范围内的基准电压决定。

2.1 MAX1069的引脚功能

MAX1069的引脚排列如图1所示。引脚功能说明如下：

AIN：单端模拟输入；

ADD0~ADD3：地址选择输入端；

AGND：模拟地；

AGNDS：模拟信号地，模拟输入的负基准，连接到模拟地AGND；

AVDD：模拟电源输入，通过0.1μF的电容连接到模拟地AGND；

DGND：数字地；

DVDD：数字电源输入，通过0.1μF的电容连接到数字地DGND；

REF：内部缓冲器输出和外部基准输入端。当应用内部基准时，通过10μF的电容连接到数字地DGND；

REFADJ：内部基准输出和基准缓冲器输入端。通过0.1μF的电容连接到模拟地AGND；

SCL：时钟输入端；

SDA：数据输入/输出端。

2.2        MAX1069的工作过程

MAX1069兼容I²C，由双向串行数据线SDA和串行时钟线SCL组成的2线串行接口。主控器件产生串行时钟（SCL）控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。SDA线上的数据状态仅在SCL为低电平的期间才能改变，SCL为高电平的期间，SDA状态的改变被用来表示起始和停止条件。

在连续转换模式下，MAX1069的每次成功采样使用18个时钟周期，采样/保持电路的采样时间为2个SCL周期，数据转换期间，MAX1069保持SCL低电平，同时内部寄存器储存转换的数据。当MAX1069释放SCL，主控器件读取转换结果。如图2所示。

图2 数据采集转换及读周期

2.2.1.         控制字节

在主控器件发送给MAX1069启动信号之后，必须是器件的控制字节。

确认寻址字节后，MAX1069就开始采集模拟输入信号准备数据转换。应用内部基准时，R/W=1器件正常操作，而R/W=0时，数据转换之后内部基准关断。接收寻址字节以后，MAX1069收到应答信号拉低SDA一个时钟周期，如图3所示。

图F/S模式到H/S的转换

由于MAX1069具有400kHz快速模式(F/S-mode)和1.7MHz高速模式(H/S-mode)两种工作模式，所以得选择工作模式。上电时，MAX1069默认快速模式，转换速率为19ksps。而MAX1069工作在高速模式转换速率可达到58.6ksps。上电后，主处理器通过将H/S模式的控制字0000 1XXX(X不确定) 发送到总线上选择H/S方式。接收H/S模式 的控制字后，MAX1069发送非应答信号，允许SDA拉高1个时钟周期。发出非应答信号 后，MAX1069工作在 H/S-mode模式。主处理器必须再发送启动信号S给从器件以继续H/S方式下通信，如图4所示。若主处理器产生终止信号P，MAX1069恢复到F/S模式。

2.2.2.         数据转换及其传送

主处理器发送启动信号S后，随之发送7位地址位和一个读字节位，即器件寻址字节，然后进入读数据周期。接收器件寻址字节后，MAX1069收到应答信号，开始数据转换，如图2所示。每个SCL时钟周期移一个数据位，9个时钟周期将数据移入或移出MAX1069。在SCL的高电平期间，SDA上的数据保持不变。数据转换期间，SCL保持低电平。转换完毕后，释放SCL，主处理器将数据串行移出。首先转换高字节D13~D6，低字节包括D5~D0和两位S1、S2。只要主处理器接收转换数据，模拟信号就可以连续转换。主处理器发送非应答信号释放总线后产生终止信号P或重复启动信号S。

3.         MAX1069与MCS-51单片机组成的数据采集系统的实现

3.1.  硬件接口

利用MCS-51单片机的I/O口线控制I²C串行总线的串行时钟和数据传送，操作过程由软件控制数据传送以及时序。与MAX1069的接口即数据采集系统原理图，如图5所示。由于I²C总线端口输出为开漏 结构，故SDA和SCL上必须有上拉电阻RP，通常选择500Ω或更大些。8051的P1.0、P1.1分别与MAX1069的SCL、SDA连接。MAX1069的I²C器件地址为0110111。模拟信号由MAX1069的AIN输入，数据转换及传送均由软件来完成。数据传送遵循高位在前的原则，即MSB在前的方式传送。

3.2.  软件流程图

如图5所示，数据采集系统原理图由P1.0、P1.1模拟I²C串行总线的SCL和SDA端，构成模拟的I²C串行总线系统。总线功能的实现除简单的硬件连接，大部分功能需要软件模拟来完成。I²C总线的启动信号S、应答信号A、非应答信号 和SCL时钟传送数据均应用归一的I²C程序（参考何利民：单片机高级教程—应用与提高）即可。流程图如图6所示。