MAX197在多通道數據采集中的應用

摘    要：本文闡述了MAX197模數轉換芯片的特性和工作原理，并結合其在多通道數據采集中的應用介紹了MCS-51系列單片機與MAX197的硬件接口設計和軟件編程方法。
關鍵詞：MAX197；AT89C52；多通道

引言
在數據采集系統中，A/D轉換的速度和精度又決定了采集系統的速度和精度。MAX197是Maxim公司推出的具有12位測量精度的高速A/D轉換芯片，只需單一電源供電，且轉換時間很短(6ms)，具有8路輸入通道，還提供了標準的并行接口——8位三態數據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轉換的基本原理
MAX197無需外接元器件就可獨立完成A/D轉換功能。它可分為內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。在內部采樣控制模式(控制位置0)中，由寫脈沖啟動采樣間隔，經過瞬間的采樣間隔(芯片時鐘為2MHz時，為3ms)，即開始A/D轉換。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轉換。在第一個寫脈沖出現時，寫入ACQMOD為1，開始采樣間隔。在第二個寫脈沖出現時，寫入控制字ACQMOD為0，MAX197停止采樣，開始Ａ/Ｄ轉換。這兩個寫脈沖之間的時間間隔為一次采樣時間。當一次轉換結束后，MAX197相應的INT引腳置低電平，通知處理器可以讀取轉換結果。
內部采樣模式的數據轉換時序
對于模擬到數字量的轉換，時序要求非常嚴格，由于MAX197的數字信號輸出引腳是復用的，要正確讀出轉換結果，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位數據線把這些控制字寫入MAX197來初始化相應的參數。然后按照一定的時序進行采樣和轉換。圖1即為內部采樣模式的數據轉換時序圖。
圖中HBEN為12位數據高4位或低8位有效控制位，當此位為高時，高4位數據有效，為低時低8位數據有效。可以通過控制這個引腳來讀取12位的轉換結果。

MAX197與單片機硬件接口設計
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，也用于讀取轉換結果數據。 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則接外部輸入參考電壓。AT89C52單片機的P1.1腳用做判讀高、低位數據的選擇線，直接與HBEN腳相連。MAX197的INT腳可與AT89C52的INT0相連,以便實現中斷，讀取轉換結果。
在電路中，AGND和DGND應相互獨立，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的硬件電路設計如圖2所示。

軟件設計
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部控制字來實現的，如通道選擇、模擬信號量程、極性等。MAX197的輸出數據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位數據被讀出，HBEN為高電平,復用的高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，正確進行采集轉換并讀取數據的前提是必須正確設置控制字以及MAX197的各種控制信號。本設計中，進行數據采集轉換前都對MAX197進行初始化，以便確定其采集轉換的通道、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的標志成立時，執行讀取；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。本設計的軟件是利用MCS-51匯編指令進行編寫的，利用中斷進行數據的轉換和讀取等操作。綜上，一個典型A/D轉換的控制與讀取程序流程如圖3所示。
 
結語
此設計表明，以MAX197為核心的數據采集Ａ/Ｄ轉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據量數據采集與高速A/D轉換使用。■

參考文獻
1 肖忠祥. 數據采集原理. 西安： 西北工業大學出版社，2001
2 Maxim 1997 New Releases DataBook V1 ，1997