雙通道12位串行A/D轉(zhuǎn)換器MAX144及其應(yīng)用
1 主要特點(diǎn)
MAX144是美國MAXIM公司生產(chǎn)的新型雙通道12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器,它具有自動關(guān)斷和快速喚醒功能,且內(nèi)部集成有時(shí)鐘電路,采樣/保持電路;同時(shí)具有轉(zhuǎn)換速率高、功耗低等優(yōu)點(diǎn),特別適合于由電池供電且對體積和精度有較高要求的智能儀器儀表產(chǎn)品。MAX144的主要特點(diǎn)如下:
●單電源供電?電壓范圍為+2.7~+5.25V;
●帶有兩路模擬信號輸入通道CH0和CH1?其模擬信號電壓范圍為0~VREF;
●采樣頻率最高可達(dá)108ksps;
●功耗低, 當(dāng)VDD為3.6V,且在采樣頻率達(dá)到最大值108ksps時(shí),功耗僅3.2mW;
●具有與SPI/QSPI/MICROWIRE兼容的串行接口。
2 引腳功能
MAX144采用DIP8封裝形式,其引腳功能如下:
VDD:正電源端,+2.7~+5.25V;
CH0/CH1:模擬信號輸入通道;
GND:模擬地/數(shù)字地;
REF:外部參考電壓輸入,用作模數(shù)轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)電壓;
CS/SHDN:該腳為低電平時(shí),為片選輸入;為高電平時(shí),為掉電模式輸入;
DOUT:串行數(shù)據(jù)輸出端;
SCLK:串行時(shí)鐘輸入端。
3 使用說明
3.1 模擬信號輸入
MAX144的兩個(gè)模擬輸入通道CH0與CH1可連接到兩個(gè)不同的信號源上。上電復(fù)位后,MAX144將自動對CH0通道的模擬信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換完畢又自動切換到CH1通道,并對CH1通道模擬信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,之后交替地在CH0和CH1通道間進(jìn)行切換和轉(zhuǎn)換。輸出數(shù)據(jù)中包含的一個(gè)通道標(biāo)志位CHID?用以確定該數(shù)據(jù)為哪一通道轉(zhuǎn)換得到。如果只有一路模擬信號,可以將CH0與CH1連接在一起作為一個(gè)輸入通道,但輸出的數(shù)據(jù)中仍包含有通道標(biāo)志位CHID。
圖2
MAX144內(nèi)部有模擬輸入保護(hù)電路,因而容許輸入信號在GND-300mV到VDD+300mV范圍內(nèi)變化,如果要求的轉(zhuǎn)換精度較高,則輸入信號不得大于VDD+50mV? 且不能小于GND-50mV。
3.2 時(shí)鐘模式和工作時(shí)序
將CS/SHDN設(shè)置為低電平可啟動A/D轉(zhuǎn)換過程,在CS/SHDN的下降沿,內(nèi)部采樣/保持電路將進(jìn)入采樣模式,此時(shí)如果SCLK為高電平,則選擇內(nèi)部時(shí)鐘模式;若為低電平則選擇外部時(shí)鐘模式。圖2給出了內(nèi)部和外部時(shí)鐘模式的時(shí)序圖。當(dāng)串行時(shí)鐘頻率小于100kHz或大于2.17MHz時(shí),應(yīng)選擇內(nèi)部時(shí)鐘模式。當(dāng)工作于外部時(shí)鐘模式時(shí),由于外部時(shí)鐘不僅要移出數(shù)據(jù),而且要驅(qū)動模數(shù)轉(zhuǎn)換,因此,A/D轉(zhuǎn)換必須在140μs內(nèi)完成,否則采樣/保持電路中電容上電壓的降低可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)換結(jié)果精度的降低。轉(zhuǎn)換結(jié)束后,內(nèi)部振蕩電路被關(guān)閉,DOUT變?yōu)楦唠娖?,此時(shí)即可讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。
3.3 輸出數(shù)據(jù)格式
表1為內(nèi)部和外部時(shí)鐘模式下的串行輸出數(shù)據(jù)格式。由表1可知,串行數(shù)據(jù)輸出格式是高位在前,低位在后。讀取一個(gè)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)至少需要16個(gè)時(shí)鐘周期,前三位始終為高電平(內(nèi)部時(shí)鐘模式時(shí)還包括EOC位),第四位是通道標(biāo)志位CHID,CHID為0表示CH0通道,即數(shù)據(jù)為CH0通道轉(zhuǎn)換所得;CHID為1表示CH1通道,即數(shù)據(jù)為CH1通道轉(zhuǎn)換所得;接下來就是12位的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù),最高有效位在前,每一位數(shù)據(jù)在SCLK上升沿被移出;轉(zhuǎn)換結(jié)束后,CS/SHDN變?yōu)楦?strong>電平,此時(shí)DOUT呈高阻抗?fàn)顟B(tài)。
表1 MAX14的數(shù)據(jù)輸出格式
SCLK CYCLE | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | …… | 14 | 15 | 16 |
Dout(外部) | EOC | 1 | 1 | CHID | D11 | D10 | D9 | …… | D2 | D1 | D0 |
Dout(內(nèi)部) | 1 | 1 | 1 | CHID | D11 | D10 | D9 | …… | D2 | D1 | D0 |
4?。停粒兀保矗丛谒秸{(diào)整儀中的應(yīng)用
圖3是MAX144成功應(yīng)用于水平調(diào)整儀的實(shí)例。該水平調(diào)整儀有兩路模擬信號,需要對這兩路模擬信號進(jìn)行交替的轉(zhuǎn)換,并根據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果對兩個(gè)方向交替的信號進(jìn)行水平調(diào)整,MAX144正好可以滿足此要求。模擬信號經(jīng)過放大和濾波后連接到MAX144的CH0和CH1端口。
由于模擬信號電壓范圍為0~2.0V? 因此可將MAX144的參考基準(zhǔn)電壓設(shè)置為2.048V? 這樣可以提高轉(zhuǎn)換精度,也便于轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的后續(xù)處理,2.048V的基準(zhǔn)電壓可由REF191提供。MAX144與單片機(jī)的接口十分簡單,只需三根I/O線即可,該電路采用內(nèi)部時(shí)鐘模式,單片機(jī)通過編程產(chǎn)生串行時(shí)鐘,并按時(shí)序讀出數(shù)據(jù),其A/D轉(zhuǎn)換子程序如下:
SETB P1.5
SETB P1.7
CLR P1.5 ?;啟動A/D轉(zhuǎn)換
NOP
NOP
NOP
NOP ?;延時(shí)4μs, 喚醒時(shí)間至少2.5μs
CLR P1.7 ?;開始采樣
JNB P1.6? $ ?;等待A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束
MOV R7, #8 ?;讀取高8位存于R3中
H8? SETB P1.7
MOV C? P1.6 ?;讀一位數(shù)據(jù)
RLC A ?;數(shù)據(jù)位移入A
CLR P1.7
DJNZ R7, H8
MOV R3, A
MOV R7, #8 ?;讀取低8位存于R2中
L8? SETB P1.7
MOV C? P1.6 ?;讀一位數(shù)據(jù)
RLC A ?;數(shù)據(jù)位移入A
CLR P1.7
DJNZ R7, L8
MOV R2, A
RET
圖3
轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)(16位)可以存于R3R2中,通過標(biāo)志位CHID可以區(qū)分CH0和CH1通道,然后將高4位屏蔽即可得到實(shí)際的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。
由于輸入信號一般都含有各種噪聲和干擾,為了得到精確的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù),輸入信號應(yīng)串接一個(gè)470Ω的電阻,并接一個(gè)0.01μF的旁路電容,以削弱開關(guān)電容濾波器所產(chǎn)生的時(shí)鐘噪聲。編程時(shí)可采用數(shù)字濾波程序,如中值濾波,平均值濾波等。在設(shè)計(jì)電路板時(shí),模擬信號輸入通路應(yīng)盡可能短,模擬信號和數(shù)字信號應(yīng)分開布線;模擬地與數(shù)字地也應(yīng)隔離,并在MAX144的地線附近將兩者短接;正電源VDD引入的高頻噪聲也會影響轉(zhuǎn)換精度,因此,可以采用2個(gè)并聯(lián)旁路電容網(wǎng)絡(luò)將其濾除。
MAX144與其他的串行接口標(biāo)準(zhǔn)(如SPI?QSPI?MICROWIRE等)相兼容,可直接與具備SPI?QSPI?MICROWIRE串行接口的微處理器進(jìn)行接口。