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16位A/D轉(zhuǎn)換器MAX1166的原理及應(yīng)用
摘要：MAX1166是美國MAXIM公司生產(chǎn)的逐次逼近型16位低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器內(nèi)帶4.096Ｖ精密參考源，同時(shí)具有并行數(shù)據(jù)輸出接口。文章介紹了該模數(shù)轉(zhuǎn)換器的特性、功能及實(shí)際應(yīng)用電路。關(guān)鍵詞：A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)接口MAX1166
１概述
ＭＡＸ１１６６是美國ＭＡＸＩＭ公司生產(chǎn)的逐次逼近型１６位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該芯片片內(nèi)除集成了逐次逼近型ＡＤＣ所必須的逐次逼近寄存器ＳＡＲ、高精度比較器和控制邏輯外，還集成了時(shí)鐘、４．０９６Ｖ精密參考源和接口電路，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖１所示。ＭＡＸ１１６６的數(shù)據(jù)總線為８位，因此與目前廣泛使用的８位微處理器連接非常方便。
ＭＡＸ１１６６的典型參數(shù)如下：
●并行數(shù)據(jù)輸出接口：８位?
●采樣頻率：１６５ｋｓｐｓ?
●精度：最大線性誤差±２ＬＳＢ，１６位無誤碼?
●內(nèi)部參考源電壓：４．０９６Ｖ?
●外部參考源電壓輸入范圍：＋３．８～５．２５Ｖ?
●模擬電壓輸入范圍：＋４．７５～＋５．２５Ｖ?
●數(shù)字電壓輸入范圍：＋２．７～＋５．２５Ｖ?
●小電流?外部參考電源流為１．８ｍＡ?內(nèi)部參考電源流為２．７ｍＡ?采樣率在１０ｋｓｐｓ時(shí)的外部參考電源電流為０．１μＡ;
●采用２０管腳ＴＳＳＯＰ封裝。
ＭＡＸ１１６６共有２０個(gè)引腳，圖２為其引腳排列圖，這些引腳大體可分為三類。
第一類是電源類?其中，模擬電源ＡＶＤＤ和數(shù)字電源ＤＶＤＤ應(yīng)分別通過０．１μＦ的鉭電容與模擬地和數(shù)字地相連接。而數(shù)字地ＤＧＮＤ和模擬地ＡＧＮＤ１、ＡＧＮＤ２通常共地。
第二類為模數(shù)信號類?其中，ＡＩＮ為模擬信號輸入端；Ｄ０／Ｄ８～Ｄ７／Ｄ１５為數(shù)字量并行輸出口。
第三類是控制信號類?其中ＣＳ?輸入?為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)端；Ｒ／Ｃ（輸入）為讀取結(jié)果／模數(shù)轉(zhuǎn)換控制端；ＥＯＣ（輸出）用于指示轉(zhuǎn)換結(jié)束；ＨＢＥＮ?輸入?用來控制從總線讀出的數(shù)據(jù)是轉(zhuǎn)換結(jié)果的高字節(jié)還是低字節(jié)；ＲＥＦＡＤＪ為參考電源選擇端，該端通過０．１μＦ鉭電容與模擬地相接時(shí)?選擇內(nèi)部參考電源模式?而當(dāng)其直接與模擬電源相接時(shí)?選擇外部參考電源模式；ＲＥＦ為參考電源輸入／輸出端，選擇內(nèi)部參考電源時(shí)?該腳應(yīng)通過４．７μＦ鉭電容接模擬地?而選擇外部參考電源時(shí)?該腳為外部參考電源輸入端。
２ＭＡＸ１１６６的轉(zhuǎn)換控制時(shí)序
ＭＡＸ１１６６的一次轉(zhuǎn)換過程可分為三個(gè)階段，即轉(zhuǎn)換準(zhǔn)備階段、模數(shù)轉(zhuǎn)換階段和轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出階段。圖３為其轉(zhuǎn)換時(shí)序圖。具體工作過程如下：
首先將Ｒ／Ｃ管腳置低電平，然后在ＣＳ腳輸入脈沖信號，ＭＡＸ１１６６會(huì)在ＣＳ的第一個(gè)脈沖信號的下降沿進(jìn)入工作狀態(tài)；并在ＣＳ的第二個(gè)脈沖信號下降沿啟動(dòng)Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換。此脈沖信號的寬度最小應(yīng)為４０ｎｓ。轉(zhuǎn)換過程中，ＥＯＣ腳為高電平，并在經(jīng)過約５μｓ轉(zhuǎn)換完成后，ＥＯＣ腳電平變低以指示轉(zhuǎn)換完成。當(dāng)ＥＯＣ腳輸出為低電平時(shí)，若將Ｒ／Ｃ腳置為高電平，系統(tǒng)將在ＣＳ的第三個(gè)脈沖的下降沿把轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出到數(shù)據(jù)總線上。
在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中，通過檢測ＥＯＣ腳的輸出電平即可判斷數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換狀態(tài)。當(dāng)ＥＯＣ輸出為高電平時(shí)，表示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換仍在進(jìn)行，此時(shí)不能讀取數(shù)據(jù)；而當(dāng)ＥＯＣ輸出為低電平時(shí)，表明數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，此時(shí)可以讀取數(shù)據(jù)。設(shè)置并行數(shù)據(jù)輸出選擇位ＨＢＥＮ為高電平?可讀取數(shù)據(jù)高８位；而設(shè)置ＨＢＥＮ為低電平則可讀取數(shù)據(jù)低８位。
ＭＡＸ１１６６有兩種工作模式，即穩(wěn)定工作模式和低功耗工作模式。可由管腳Ｒ／Ｃ在ＣＳ第二個(gè)脈沖下降沿的狀態(tài)來決定選擇哪種工作模式，Ｒ／Ｃ為低電平時(shí)，選擇正常工作模式，為高電平時(shí)選擇低功耗工作模式。
圖3MAX1166轉(zhuǎn)換時(shí)序圖
３典型應(yīng)用電路
ＭＡＸ１１６６的總線接口為８位，該總線的接口速度相當(dāng)快，可以和各種微處理器直接進(jìn)行接口，因此ＭＡＸ１１６６與８位微處理器的連接電路相對比較簡單。圖４是ＭＡＸ１１６６和ＭＣＳ－８０５１的接口電路圖。在本例中，由于單片機(jī)外圍芯片僅有ＭＡＸ１１６６一片，所以，為簡單起見，沒有為之確定地址，即任意地址均可作為其地址。因?yàn)椋停粒兀保保叮兜模茫有盘柮}沖寬度要求最小為４０ｎｓ，因此，對于單片機(jī)而言，只要對外部設(shè)備進(jìn)行寫操作，即會(huì)產(chǎn)生ＷＲ脈沖，其寬度為６個(gè)時(shí)鐘周期。如果采用１２ＭＨｚ的晶振，其脈沖寬度為５００ｎｓ，所以可以將單片機(jī)的ＷＲ信號作為ＭＡＸ１１６６的ＣＳ輸入信號。至于Ｒ／Ｃ、ＥＯＣ和ＨＢＥＮ等信號，只需連接到普通的鎖存功能端口即可（如單片機(jī)的Ｐ１口）。
圖４中，ＭＡＸ１１６６采用的是內(nèi)部參考源。如果在ＣＳ信號的第二個(gè)脈沖下降沿使Ｒ／Ｃ為低電平，即選擇了穩(wěn)定工作模式，該模式的應(yīng)用程序如下（該程序會(huì)將轉(zhuǎn)換結(jié)果的高８位存放在片內(nèi)存儲(chǔ)器Ａ０單元，而將低８位存放在Ａ１單元）：
ＭＯＶＲ０?＃Ａ０；數(shù)據(jù)暫存區(qū)地址
ＳＡＭＰ?ＣＬＲＰ１．０；拉低Ｒ／Ｃ電平，為
Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換啟動(dòng)做準(zhǔn)備
ＭＯＶＸ＠ＤＰＴＲ?Ａ；給ＣＳ第一個(gè)脈沖信
號，ＭＡＸ１１６６進(jìn)入準(zhǔn)
備工作狀態(tài)
ＭＯＶＸ＠ＤＰＴＲ?Ａ；給ＣＳ第二個(gè)脈沖信
號，啟動(dòng)Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換
ＷＡＩＴ?ＪＢＰ１．２?ＷＡＩＴ；如果轉(zhuǎn)換結(jié)束，則進(jìn)
入讀數(shù)據(jù)子程序
ＲＥＤＡ?ＳＥＴＰ１．０；拉高Ｒ／Ｃ電平，準(zhǔn)備
讀取數(shù)據(jù)
ＭＯＶＸ＠ＤＰＴＲ?Ａ；給ＣＳ第三個(gè)脈沖信
號，開始讀數(shù)據(jù)
ＳＥＴＰ１．１
ＭＯＶＸＡ?＠ＤＰＴＲ；讀取數(shù)據(jù)高８位
ＭＯＶ＠Ｒ０?Ａ
ＩＮＣＲ０
ＣＬＲＰ１．１
ＭＯＶＸＡ?＠ＤＰＴＲ；讀取數(shù)據(jù)低８位
ＭＯＶ＠Ｒ０?Ａ
４結(jié)束語
ＭＡＸ１１６６是一種１６位的Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器，它不僅具有分辨率高、轉(zhuǎn)換速度快的特點(diǎn)，而且功耗低、體積小、接口方便、電路簡單、動(dòng)態(tài)特性良好。因而是電池供電的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的理想選擇，具有廣闊的應(yīng)用前景。
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