電子發燒友App
1、概述
模/數轉換器（ADC）是現代測控中非常重要的環節。它有并行和串行兩種數據輸出形式。并行ADC雖然數據傳輸速度快，但有引腳多、體積大、占用微處理器接口多的缺點；而串行ADC的傳輸速率目前已經可以做得很高，并且具有體積小、功耗低、占用微處理器接口少的優點。因此，串行ADC的應用越來越廣泛。
MAXll48是Maxim公司最新推出的一種真差分、8通道、14位逐次逼近、串行輸出模／數轉換器。處理器接口多的缺點；而串行ADC的傳輸速率目前 該器件具有轉換速率高、功耗低、接口方便的優點，特別適用于工業過程控制、高精度數據采集、便攜式數字儀表、醫療儀器等領域。
2、MAX1148的特點和結構
2.1 MAX1148的特點
● 8路單端或4路差分輸入（內置多路模擬開關，由軟件設置）。
● 單極性模式時輸出為二進制模式；
雙極性模式時輸出為二的補碼格式，1LSB=（VREF/2N）；
數據在SCLK下降沿同步輸出，MSB先出。
● 5V±5%單電源。
● 內部基準電壓+4.096V或外接基準。
● 采樣速率：（116ksps）；
120Aμ（10ksps）；
12Aμ（1ksps）；
300Aμ（關斷模式）。
● 內置T/H（跟蹤/保持）電路。
● 內部時鐘或外部串行時鐘（頻率范圍為0.1MHz~2.1MHz），可通過設置控制字中的PD1、PD0位進行選擇。
● 提供一個硬關斷（將SHDN引腳置低）和兩個軟關斷（通過編程設置控制字中的PD1、PD0位來實現）模式。
● 與SPI/QSPI/MICROWIRE接口兼容。
2.2 MAX1148的結構
MAX1148采用14位逐次逼近寄存器（SAR）和輸入跟蹤/保持（T/H）電路，實現將模擬信號轉換成14位數字信號，并用串行方式輸出的功能，其內部結構如圖1所示。
MAX1148采用20引腳的功能如下：
● CH0-CH7（1-8）：模擬輸入端。
● COM（9）：公共輸入端。單端模式下為模擬負輸入。單極性和雙極性模式下，當轉換器輸入不為0，而希望轉換結果為0時，需在該端輸入相應模擬電壓。
● SHDN（10）：關斷輸入，低電平有效。當SHDN置低時，轉換器進入硬關斷模式，轉換立即中止。
● REF（11）：內部基準電壓輸出或外部基準電壓輸入，它是模數轉換的基準電壓。該電壓決定了ADC輸入范圍和滿量程輸出值。
MAX1148含有一個內部1.25V帶隙基準，通過一個2kΩ電阻接至基準緩沖器并引至REFADJ引腳。由于MAX1148的基準緩沖器具有3.277V/V的增益，所以基準緩沖器輸出引腳 REF直的電壓為4.096V，作為內部基準電壓使用。
如果使用外部基準電壓，則有兩種使用方式：
（1）禁止內部基準緩沖（將REFADJ端與VDD端直接相連），將外部基準電壓（1.5V至VDD+50mV，輸出電流大于210μA）接至REF端即可（如圖3所示）。
（2）將外部基準電壓連至REFADJ端，通過內部基準緩沖器，在REF引腳得到幅度為外部基準電壓乘以基準緩沖器增益3.277后的SAR ADC基準電壓（如圖4所示）需要注意的是，在REF引測得的基準電壓值必須在1．5V至VDD+50mV之間。
●REFADJ（12）：帶隙基準輸出和基準緩沖器輸入。REFADJ連至VDD時禁止內部帶隙基準和基準緩沖放大器，其用法如前所述。
●AGND（13）：模擬地。
●DGND（14）：數字地。
●DOIJT（15）：串行數據輸出。CS置低時，數據在SCLK下降沿同步輸出。CS置高時，DOUT為高阻態。
●SsTRB（16）：串行觸發輸出，反映了ADC轉換狀態。
在內部時鐘模式下，ADC轉換開始時，SSTRB由高變低，轉換完成后，SSTRB由低變高并保持兩個SCLK時鐘周期為高電平。從第三個SCLK時鐘周期開始，DOUT輸出轉換結果。
在外部時鐘模式下，ADC轉換開始時，SSTRB由低變高并保持兩個SCLK時鐘周期的高電平。從第三個SCLK時鐘周期開始，在進行ADC轉換的同時，DOUT輸出轉換結果。置高時，SSTRB為高阻。
●DIN（17）：串行數據輸入，用于輸入控制字。CS置低時，數據在SCIK上升沿同步輸入。CS置高時，DIN為高阻態。
●CS（18）：片選輸入，低電平有效。只有CS置低時，數據才可同步輸入（DIN）或輸出（DOUT）。
●SCLK（19）：串行時鐘輸入，是數據同步輸入或輸出的移位信號。在外部時鐘模式下，無論是SCLK還是ADC轉換時鐘．都決定了轉換速率（SCLK的占空比必須在40％至60％之間）。
●VDD（20）：電源輸入。用0.1μF電容器接至AGND。
3、工作原理
3.1控制字格式
在啟動MAXll48進行A／D轉換之前．必須先由SCLK將控制字從DIN端送入其內部輸入移位寄存器，以決定其工作模式并啟動轉換。
3.2時鐘模式
MAXll48可用外部串行時鐘或內部時鐘兩種模式來完成逐次逼近轉換。但是，不管哪種模式，數據的移人和移出都要由外部時鐘SCLK來完成。
在外部時鐘模式下，通過外部時鐘SCLK控制數據的移入和移出，同時SCLK還是模數轉換時鐘。在控制字的最后一位移人后，SSTRB由低變高并在保持兩個SCLK時鐘周期的高電平后變低。其后14個SCLK的每一個下降沿決定逐次逼近轉換結果每位的值，并在DOUT端輸出。需要注意的是，每次模數轉換都必須在較短時間內完成，以避免采樣保持電容器上的壓降對轉換結果帶來的影響。如果外部串行時鐘SCLK的頻率低于100kHz?；蛘哂捎诖袝r鐘的不連續使得轉換時間超過140μs，建議使用內部時鐘模式。
在內部時鐘模式時，MAXll48自身產生轉換時鐘，并允許微處理器以小于2.1MHz的時鐘頻率讀取轉換結果。在控制字的最后一位移入后，SSTRB由高變低，待轉換完成后由低變高，完成一次轉換的時間最長為8.0μs。在整個轉換期間，為了得到最佳的噪聲性能，SCLK應保持低電平。在SSTRB變為高電平之后，從第二個SCLK開始的每一個SCLK下降沿，在DOUT端由高到低依次輸出轉換結果的各位的值。
3.3 A／D轉換過程
MAXll48在時鐘脈沖的作用下進行逐次逼近式A／D轉換，一般每24個時鐘周期完成一次轉換和讀出操作。內部時鐘模式與外部時鐘模式的時序如圖5、圖6所示。
A／D轉換速度要求不是很高時，常選用內部時鐘模式。現以內部時鐘模式為例說明MAXll48的工作過程：
首先根據系統要求確定MAXll48的控制字，例如，需轉換0通道的單端單極性模擬量，控制字為8EH。然后向MAXll48輸入控制字并讀取轉換結果，其步驟為：
（1）使片選端CS變為低電平并保持不變，此時DOUT處于低電平，SSTRB處于高電平；
（2）在DIN輸入端由高到低依次輸入控制字各位的值。
具體做法是：首先使DIN端為高電平（輸入“l”），在第一個SCLK的上升沿將DIN的第一位數據“l”移入內部移位寄存器中。即移入START開始位：以此類推，在后面7個SCIJK的上升沿分別將輸入DIN端的控制字其他位移入內部移位寄存器中；
（3）當控制字的最后一位數據被移入之后（第8個SCLK的下降沿），轉換開始，SSTRB由高變低；
（4）經tcoNv之后，A／D轉換結束，SSTRB由低變高。
（5）在轉換結束后的任何時刻，通過SCLK時鐘將移位寄存器中的轉換結果（14位二進制數）由DOUT端同步移出。具體做法是：從SSTRB置高后的第二個SCLK時鐘的下降沿開始，利用SCLK時鐘逐一將轉換后的結果從DOUT端移出，最高有效位在前。
4 、MAXll48的應用舉例
MAXll48通過DIN、DOUT、SCLK、SSTRB和CS5個信號與微處理器連接，其中，SSTRB是反映ADC轉換狀態的標志．可以用查詢方式和中斷方式監視此信號，以決定何時讀取轉換結果。如果是外部時鐘模式或內部時鐘模式中的軟件延時，此信號可以空置不用。MAXll48與8位微處理器的典型連接如圖7所示。
下面給出內部時鐘模式下完整的轉換和控制程序（轉換結果在30H和31H中），以供參考：
START：CLR P1-3 ：SCLK為低電平
CLR P1.0 ：片選有效
MOV A，#lXXXXXl0B ：控制字送A
MOV R1，#08H ：輸入控制字位數
MOV P1.1，C
SETB P1.3 ；DIN端口數據移入內部移
位寄存器
CLR P1.3
RL A ：控制字移位
DJNZ R1，LPl
LP2：JNB P1.4，LP2 ；檢測SSTRB，等待轉換結束
SETB P1.3
CLR P1.3
CLR A
MOV R1，#06H ；讀入高6位數據
LP3：RL A
SETB P1.3
CLR P1.3
MOV C，P1.2
MOV ACC.0，C
DJNZ R1，LP3
．MOV 30H，A
MOV R1，#08H ；讀入低8位數據
LP4：RL A
SETB P1.3
CLR P1.3
MOV C，P1.2
MOV ACC.0，C
DJNZ R1，LP4
MOV 31H，A
STAY：SJMP STAY
END
外部時鐘模式編程與內部時鐘模式基本相似， 只需把控制字改為#1XXXXXllB，并刪除上述程序中標號為U）2的程序行即可。
5、 結束語
隨著電子技術的不斷發展，各種串行接口電路的應用越來越多．如串行A／D、D／A及各種接口電路等。與一般ADC器件相比，MAXll48具有單電源供電、自帶內部基準電壓、轉換精度高、外圍電路簡單、占用微處理器口線少、易于連接等優點，適用于較復雜的測控系統。
責任編輯：gt
工商網監
評論