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一种12位串行A/D转换器MAX18
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An 12-bit series A/D converter MAX18
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■中南大学防灾所 赵望达 蒋晴霞
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MAX18 是美国MAXIM公司设计的一系列12位串行A/D转换器，包含MAX186、MAX187、MAX188和MAX189，其内部集成了大带宽跟踪/保持电路和串行接口。其中，MAX186/MAX188内部还集成了8通道多路开关，故转换速率高且功耗低，特别适合对体积、功耗和精度有较高要求的便携式智能化仪器仪表产品。
MAX18 的特点和结构
MAX18 的特点
（1）12位分辨率；
（2）8通道单端或4通道差分输入，输入极性可用软件设置；
（3）单一5v(MAX187/189)或5v工作电压，工作电流1.5mA，关断电流2A；
（4）内部跟踪/保持电路，133ksps采样速率(MAX186/188),75ksps采样速率(MAX187/189)；
（5）内部4.096v基准电压(MAX186)，与SPI、Microwire和TMS320兼容的4线串行接口(MAX187/189为三线串行接口，与SPI、QSPI及Microwire兼容)；
（6） 1/2LSB整体非线性度(MAX187/189)。
MAX18 的结构
(1)MAX18 的引脚分别为:
1~8：CH0-CH7，模拟输入通道；
9/20、1：电源端，接－5v或AGND/接＋5v；
5：GND，模拟地和数字地；
10/3：SHDN，三电平关闭输入端；
11/4：VREF/REF，用于模拟转换的基准电压端,使用外部基准源时,用作输入；
12：基准缓冲放大器输入端，接到VDD时禁止；
13/14：模拟地/数字地；
15：串行数据输出端，数据在SCLK的下降沿输出；
16：串行选通脉冲输出端；
17/2：DIN/AIN，串行数据输入端/采样模拟输入端；
18/7：CS，片选端；
19/8：SCLK，串行时钟输入端；
(2)MAX18 内部结构图
MAX18 用输入跟踪/保持(T/H)和12位逐次逼近寄存器(SAR)构成的电路系统将模拟信号转换成12位数字信号输出，T/H不需要外部保持电容。其结构图如图1所示。
MAX18 的工作原理
MAX187/MAX189与MAX186/MAX188的工作原理基本相同，在此仅介绍后者。
CS为有效时，在时钟SCLK的每一个上升沿把一个最高位为"1"的控制字节的各位送入输入移位寄存器，控制器收到控制字节后，选择控制字中给定的模拟通道并在SCLK的下降沿启动转换。其控制字节的格式如表1所示。在启动转换后MAX186/188可使用外部串行时钟或内部时钟来完成逐次逼近转换。在两种时钟方式中，数据的移入/输出都由外部时钟来完成。在外部时钟方式时,外部时钟不仅移入和输出数据,而且也驱动每一步模数转换。在控制字节的最后一位之后,SSTRB有一个时钟周期的脉冲高电平,在其后的12个SCLK的每一个下降沿决定逐次逼近的各位并出现在DOUT端。其使用内部时钟方式的时序见图2。变换必须在较短时间内完成,否则采样/保持电容器上电压的降低可能导致变换结果精度的降低,如果时钟周期超过10s,或者由于串行时钟的中断使得变换时间超过120s,则要使用内部时钟方式。在内部时钟方式时,MAX186在内部产生它们自己的转换时钟，并允许微处理器以10MHZ以下的任何时钟频率读回转换结果。SSTRB在转换开始时变为低电平,在变换完成时变为高电平。SSTRB保持最长为10s的低电平，为了得到最佳的噪声性能，在此期间SCLK应保持低电平。在SSTRB变为高电平之后的下一个时钟下降沿转换结果的最高有效位将出现在DOUT端。
基于MCS-51的汇编语言程序如下：
mov 21h,#00
mov 22h,#00; 清转换结果存放字节
mov a,#09eh; 写控制字节：第一通道，单极性单端内部时钟方式
mov r1,#8
loop:clr p1.3 置CS为有效
clr c
lc a
mov p1.4，c
clr p1.2
setb p1.2
djnz r1,loop
setb p1.2
clr p1.2
jnb p1.5 等待转换完毕
mov r1,#4
mov r0,#8
loop1:setbp1.2 读取高4位
clr p1.2
mov p1.6
mov a,22h
rlc a
mov 22h,a
djnz r1,loop1
loop2:setb p1.2 读取低8位
clr p1.2
mov c,p1.6
mov a,21h
rlc a
mov 21h,a
djnz r0,loop2
对于MAX187/189/188，其程序设计基本一致。
MAX186在烟气测量仪中的应用
在我们研制的烟气测量仪中，需测量与烟气有关的压力、流量、温度、湿度和O2、CO2、CO、NO、NO2气体浓度等10多个参量共15路信号，为此，采用了2片MAX186，在下面的接口电路中仅给出1片采集的8路信号。经整形放大等处理后的O2、CO2、CO、NO、NO2传感器信号和三路压力传感器信号接至MAX186的CH0-CH7通道，如图3所示。
MAX187/189与8051的接口与MAX186类似，也可直接与兼容的串口相连。 |
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