12位A/D轉換器MAX191及其應用

MAX191簡(jiǎn)介
MAX191是MAXIM公司新推出的一種CMOS型模數轉換器(ADC)，其內部結構見(jiàn)圖1。主要特性如下：
＊12位分辨率，1/2LSB線(xiàn)性度；
＊差分輸入；
＊內置采樣/保持器(T/H)、4.096V電壓基準源和時(shí)鐘電路；
＊A/D轉換時(shí)間為7.5ms，采樣保持時(shí)間為2ms，采樣速度達100ksps；
＊可采用單電源+5V或雙電源±5V供電；
＊功耗低，轉換期間耗電3mA，節電模式下僅為20mA；
＊24腳窄DIP和寬SO兩種封裝形式。
MAX191適用的主要應用領(lǐng)域包括高精度過(guò)程控制、數據采集卡、自動(dòng)測量系統以及通信等。

MAX191在MCS-51單片機系統中的應用設計
硬件接口
MAX191可以串行或8位并行接口方式與微處理器接口，串行接口標準與SPITM、QSPITM和MICROWIRETM兼容。輸出方式通過(guò)第22腳PAR設置。當PAR=1時(shí)，選用并行輸出模式；為0時(shí)，選用串行輸出模式。圖2是MAX191與AT89C52單片機以并行輸出模式接口的一種硬件連接圖，MAX191的8位數據總線(xiàn)D0-D7(其中D0-D3與D8-D11分時(shí)復用)分別與AT89C52的P1.0-P1.7相連，單片機從P1口讀取轉換結果。本電路中，采用外部時(shí)鐘模式，MAX191的1M時(shí)鐘由外部的8MHz晶振分頻得到，使用者也可通過(guò)在CLK和DGND腳間并聯(lián)一個(gè)120pF電容來(lái)設置選用內部時(shí)鐘。當在VREF和AGND之間并聯(lián)一個(gè)4.7mF和一個(gè)0.1mF電容時(shí)，就可獲得4.096V的內部電壓基準。圖2中REFADJ接高電平，采用的是5V的外部電壓基準。MAX191第8腳BIP用于設置輸入方式， BIP=0，表示單極性模擬輸入方式，在圖2中BIP=1，選擇雙極性模擬輸入方式。綜上可得出A/D轉換的電壓范圍為-2.5V-+2.5V。圖2中，信號采用單端輸入方式，AIN-接模擬地AGND。另外，為了防止從AIN+輸入的信號損害ADC，應在信號輸入端加雙向電壓限幅電路以保護MAX191。
軟件設計
圖2中MAX191的工作方式有2種：低速存儲器模式和ROM模式，ROM模式又有2種不同的工作時(shí)序可供選擇，使用者只需根據需要選用一種工作方式即可。圖3為MAX191在低速存儲器模式下工作時(shí)的信號時(shí)序圖，下面結合該圖詳細介紹A/D轉換軟件的設計。
在低速存儲器模式下，MAX191就像微控制器的一個(gè)普通低速外設或存儲器。啟動(dòng)A/D轉換和讀取數據都是通過(guò)3根控制信號線(xiàn)HBEN、和實(shí)現，在HBEN為低時(shí)，、下降沿，T/H進(jìn)入保持狀態(tài)，A/D轉換開(kāi)始。在轉換過(guò)程中，為低，轉換時(shí)間tconv典型值為7.5ms，轉換結束后，變高，低8位數據送上8位數據總線(xiàn)D7-D0。AT89C52讀完低8位數據后，需將HBEN置為高電平，并把、信號由高置低，讀取高4位數據。注意，這一操作并不能啟動(dòng)新的轉換，因為當HBEN為高時(shí)，MAX191模數轉換功能失效。
采用Agilent54622D混合信號示波器對數據采集過(guò)程中各信號波形進(jìn)行實(shí)測，結果完全達到設計要求，MAX191正常工作。

應用實(shí)例
筆者為重慶機床廠(chǎng)研制開(kāi)發(fā)的FMT-V45齒形誤差測量分析系統的主要功能是檢測齒輪表面的漸開(kāi)線(xiàn)軌跡，并由此判斷齒輪是否合格。系統框圖如圖4所示。測量時(shí)與被測齒輪同軸安裝的基圓盤(pán)與導板作無(wú)滑動(dòng)滾動(dòng)，當齒輪轉過(guò)4角，電感測頭沿齒輪基圓的切向方向移動(dòng)距離L與齒輪基圓圓周轉過(guò)的弧長(cháng)S相等，測頭走出一條理論漸開(kāi)線(xiàn)軌跡。因測頭與齒表面接觸，若齒形有誤差，將通過(guò)電感量的變化而反映出來(lái)，再通過(guò)圓光柵將導板移動(dòng)的距離L反映出來(lái)。
在測量過(guò)程中，由光柵發(fā)出的脈沖信號觸發(fā)AT89C52中斷，單片機每響應一次中斷，啟動(dòng)MAX191進(jìn)行A/D轉換，采集數據，并通過(guò)RS-232接口把采集到的數據發(fā)送給PC機進(jìn)行處理，計算機軟件采用Visual Basic編寫(xiě)。

結語(yǔ)
MAX191與微處理器接口簡(jiǎn)單，使用方便、靈活，12位分辨率，同時(shí)它有很高的轉換速度，能滿(mǎn)足齒形誤差測量的要求，應用效果滿(mǎn)意?！?/P>

參考文獻：
1.美信集成產(chǎn)品資料全集5.0版(CD-ROM)，2001.
2.胡漢才，單片機原理及其接口技術(shù)，北京：清華大學(xué)出版社，1998.


圖1 MAX191內部結構圖

圖2 MAX191與AT89C52單片機的接口電路

圖3 低速存儲器模式時(shí)序圖

圖4 FMT-V45齒形誤差測量分析系統框圖