基于MAX 1 9 7的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

0 引言

常見(jiàn)的八位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片(如ADC0809【3】等)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單而且成本較低，但有時(shí)八位的精度是不夠的，這時(shí)我們就不得不選用更高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，其中MAX197就是一款性價(jià)比很好的12位精度模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。MAX197芯片是美國(guó)Maxim公司的快速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換時(shí)間最小僅為6 μ s，相對(duì)于ADC0809的100 μ s要短得多。它的輸入信號(hào)帶寬可達(dá)5 MHz，有12位并行的三態(tài)數(shù)據(jù)接口。另外MAX197片內(nèi)包含高精度的參考電壓源和時(shí)鐘電路，因此它只需要很簡(jiǎn)單的外部電路即可完成模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，應(yīng)用非常方便。

1 MAX1 97芯片的特點(diǎn)及性能：

1．1 MAX197的主要優(yōu)點(diǎn)：

1)僅使用單5 V電源供電；2)12位分辨率，1／2LSB線性度；3)四種量程可選：0～+5V、0～+1OV、-5～+5V、-10～+10V：4)8路模擬輸入通道，具有輸入電壓保護(hù)(-1 6．5v～+16．5V)；5)最小6 μ s轉(zhuǎn)換時(shí)間，最大100 kh／s采樣率；5)內(nèi)部4．096V參考電壓；6)兩種掉電工作模式，兩種工作時(shí)鐘可選，兩種采集模式可選。

1．2 MAX1 97的采集模式

1．2．1 內(nèi)部采集模式

通過(guò)寫(xiě)入清零ACQMOD位(ACQMOD=0)的控制字選擇內(nèi)部采集模式。在這種模式下，一個(gè)寫(xiě)脈沖將觸發(fā)一個(gè)內(nèi)部捕獲周期，并且此捕獲周期是內(nèi)部定時(shí)的，為6個(gè)時(shí)鐘周期。當(dāng)這6個(gè)時(shí)鐘周期的捕獲間隔結(jié)束時(shí)，轉(zhuǎn)換開(kāi)始。轉(zhuǎn)換時(shí)間是12個(gè)時(shí)鐘周期，不論內(nèi)部或外部采集模式。

1．2．2 外部采集模式

用兩個(gè)獨(dú)立的寫(xiě)脈沖控制捕獲和轉(zhuǎn)換的開(kāi)始。 第一脈沖，與ACQMOD=1一起，開(kāi)始一個(gè)不確定長(zhǎng)度的捕獲間隔； 第二個(gè)寫(xiě)脈沖與ACQMOD=0一起終止捕獲并在寫(xiě)脈沖的上升沿開(kāi)啟一次轉(zhuǎn)換。然而，如果第二個(gè)控制字包含ACQMOD=1，一個(gè)不確定的捕獲間隔時(shí)問(wèn)將被重新觸發(fā)。外部采集模式可以更加精確地控制采樣間隔，并可獨(dú)立控制捕獲和轉(zhuǎn)換時(shí)間。

1．3 MAX197的控制字

MAX197有8位控制字，分別控制著此芯片的工作模式、捕獲方式、量程選擇、模擬輸入通道選擇，其具體定義如表1所示：

2 高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件及軟件實(shí)現(xiàn)

2．1 高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件電路

本系統(tǒng)使用51系列單片機(jī)中性能較為優(yōu)越的AT89S52作為主處理芯片。AT89S52是ATMEL公司2001年推出的新型八位單片機(jī)。它具有8 K的FLASH作為通用的程序存儲(chǔ)空間，以及具有可在系統(tǒng)編程等優(yōu)秀特點(diǎn)。

使用AT89S52和MAX197設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路原理圖如圖1所示。

如圖1所示，將MAX197的八位數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的P0口相連，用于寫(xiě)控制字和讀數(shù)據(jù)；HBEN與P21相連，控制讀數(shù)據(jù)的高四位或低八位；MAX197的RD和WR引腳分別接AT89S52的RD和WR引腳；片選CS引腳接AT89S52的P22腳。

2．2 高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的匯編程序

下面是上述系統(tǒng)電路采用中斷方式采集數(shù)據(jù)的主要程序：

ORG 0000H
L JMP START


2．3 單片機(jī)數(shù)字濾波的實(shí)現(xiàn)

對(duì)于隨機(jī)噪聲干擾很?chē)?yán)重的情況，也可以對(duì)采集轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波。對(duì)于隨機(jī)信號(hào)的干擾，我們可以采用采樣若干次再求其平均值作為最終結(jié)果的方法來(lái)進(jìn)行數(shù)字濾波。單片機(jī)中求均值的主要思想是：對(duì)采樣的數(shù)據(jù)先做帶進(jìn)位的加法，然后通過(guò)移位的方法來(lái)完成除法運(yùn)算(右移一位相當(dāng)于除以2)。假設(shè)采集8組數(shù)據(jù)，其低八位分別存儲(chǔ)在30H~37H單元，高八位分別存儲(chǔ)在38H~3FH單元。濾波后的數(shù)據(jù)低位存儲(chǔ)在30H單元，高位在38H單元。匯編程序可如下編寫(xiě)：


3 結(jié)束語(yǔ)

本文主要論述如何采用高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片MAX197和51系列單片機(jī)AT89S52設(shè)計(jì)高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。給出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想、硬件及軟件的詳細(xì)設(shè)計(jì)，介紹了單片機(jī)數(shù)字濾波技術(shù)的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法。此系統(tǒng)具有精度高、轉(zhuǎn)換速度快、程序簡(jiǎn)單、CPU占用率低等特點(diǎn)。