关键词：模数转换器；MAX1132；压力检测；位移检测

MAX1132芯片简介

MAX1132是16位分辨率的逐次比较型A/D转换器，使用单一＋5V工作电源，转换速率200ksps，串行SPI接口。MAX1132可以灵活配置成0～ 12V双极性或0～＋12V单极性输入，是一款16位无丢失码，最大积分非线性误差（INL）仅为 1.5LSB，85dB信噪比的高精度模数转换器，可以应用于工业工程控制、数据采集和医疗仪器等场合。

图1 MAX1132内部结构框图（略）

MAX1132可分为模拟输入缓冲、DAC和串口时序控制三大部分（图1），模拟输入部分主要功能是将输入电压0～ 12V或0～＋12V线性转换成DAC系统的电压范围，并提供 16.5V故障保护电压。该芯片内部自带电压基准(REF)，并具有微调功能（REFADJ），可以使用外部参考源，但不能超过3.0～4.2V范围。串口接口部分控制与外部微处理器接口，这部分还提供时钟和校准电路。3个用户可编程引脚可以用来控制外部的模拟开关。

内部寄存器与串行接口时序

MAX1132只有一个控制寄存器，格式如下：

START： CS变为低电平后第一个逻辑状态‘1’，定义为控制字的开始；

UNI/BIP：输入极性选择位，1－单极性输入，0－双极性输入；

INT/EXT：时钟模式选择位，1－内部时钟模式，0－外部时钟模式；

M1，M0：模式选择位，具体含义见表1；

P2～P0：可编程位，用于作为管脚P2～P0输出，可以用来控制模拟开关；
MAX1132 CS引脚由高变为低电平或一次转换结束或校准完成后，芯片处于等待控制字状态，在时钟SCLK的控制下，控制数据从DIN管脚串行进入芯片，DIN数据中第一个逻辑状态为‘1’表示控制字最高位。MAX1132忽略控制字最高位前面的逻辑状态‘0’。芯片在转换期间，如果CS 被拉高再变低，芯片就可以接受下一个控制字，一旦下一控制字进入芯片，MAX1132将结束当前转换开始新的一次转换。

表1： 模式选择位含义

MAX1132具有两种工作模式，即内部时钟模式和外部模式。

内部时钟模式

CS为低电平，控制字最后一位移入芯片后，芯片在内部时钟控制下开始进行转换，与此同时，转换标志管脚SSTRB管脚由高电平变为低电平，转换结束后SSTRB变为高电平。控制系统可以在MAX1132转换结束后的任意时刻读取转换结果。数据帧采用高位在前低位在后16位二进制格式。读出数据多于16位，芯片自动以零填充，见图2。串行SPI移位时钟可以采用不高于芯片最高时钟限制的任意时钟，采用MAX1132具有很大的灵活性。

图2 内部时钟模式时序（略）

外部模式

外部时钟模式又分为24时钟模式和32时钟模式，SCLK时钟不仅提供串行移位时钟，还提供采样和转换时钟。在24外部时钟模式（图3），SSTRB紧跟控制字后，出现一个时钟周期的高电平，芯片在这之后16个时钟里进行转换，数据可以在第17个时钟下降沿开始读出。这期间CS要一直保持低电平，如果 CS电平变高，则时钟节拍被芯片忽略。32外部时钟模式转换时序与此相似。

图3 内部时钟模式时序（略）


MAX1132芯片应用

从前面分析可以看出，MAX1132采用串行接口，控制简单，可以很容易的与各种微处理器接口。由于MAX1132是一款高精度AD转换器，因此硬件设计需要非常小心，防止将干扰引入系统。下面结合在压力位移多功能检测器中的应用，介绍MAX1132软硬件电路设计方法。

硬件应用电路

图4是MAX1132在压力位移多功能检测器中的应用。由于系统是一个低速、高精度的应用，廉价的80C52足以胜任控制检测功能。系统使用的位移传感器输出为 7V，压力传感器输出为 5V。图4中LM358为输入缓冲器，R1，C11构成输入低通滤波，同时可以滤除高频干扰。由于传感器输出信号平缓，选用LM358，如果信号变化快应该选用转换速率快的运放。MAX1132电路采用内部时钟模式。传感器共七路，P0～P2用作模拟开关信号。为了使系统看门狗（Watchdog）复位时，MAX1132也同时复位，芯片复位电路接到系统复位信号上。AT89C51没有SPI口，用P1口模拟。单片机芯片为示意图，其它管脚省略。

图4 MAX1132应用硬件图（略）


软件应用电路

软件设计思路是模拟芯片内部模式的时序，系统晶振为11.0592MHz，时钟周期约为1，低于芯片操作频率，为提高系统可靠性，仍采用延时降低时钟频率。通过查询SSTRB式判断转换是否结束。下面是用C51语言编写的写控制字程序和读数据程序。

void StartConv(unsigned char ctrlcomm) //发控制字子程序，参数为控制字
{ unsigned char i;

MAXSCLK=0; //SPI时钟
for(i=0;i<8;i++)
{if(ctrlcomm&0x80) //发送最高位
MAXDIN=1;
else
MAXDIN=0;

_nop_() //延时
MAXSCLK=1;//时钟变高电平
_nop_();

ctrlcomm=ctrlcomm<<1;//发送的下一位移到最高位

MAXSCLK=0;}}//时钟变为低电平
unsigned int ReadData(void) //读数据子程序
{ unsigned char i;

unsigned int addata; //AD采样结果

MAXSCLK=0;

for(i=0;i<16;i++)
{ addata = addata <<1; //将数据向左移一位

MAXSCLK=1; //时钟变为高电平

if(MAXDOUT==1) //读数据
addata=addata|0x0001;

else
addata=addata|0x0000;

MAXSCLK=0; //时钟变为低电平
_nop_(); }

return addata; } //返回AD采样值

系统设计时应注意的问题

（1）使用校准电路。MAX1132设有内部校准电路，用于减小线性，偏移，增益电路带来的误差。校准的方法通过控制字M1=0，M0=1实现。校准同样可以选用内部或外部时钟。由同步噪声(例如转换时钟)引起的偏移可以通过校准消除。为了补偿温度和其它变量对AD转换值的影响，最好在上电后进行一次校准。当环境温度变化超过10℃，或电源变化超过100mV，或是参考源电路变化后，必须要重新进行校准，以消除这些变化带来的偏移、增益、积分非线性和差动非线性误差。

（2） 输入缓冲设计与元器件选择。因为MAX1132采用一个容性的DAC实现内部采样保持，模拟输入信号源内阻要小于10 ，信号带宽应限制在芯片采样带宽的一半以下，以防信号混叠。模拟输入缓冲器必须具有足够的转换速率，以满足快速变化的信号。当信号变化缓慢时，可以采样图4的旁路电容，为防止容性DAC给放大器造成的扰动，放大器输出不要直接接在AD芯片上，对于AC信号应用，AIN输入必须具有足够带宽（至少10MHz），最好采用温度系数小的电阻，减小放大器线性增益误差。

（3） 布线与焊接。MAX1132对于电气噪声非常敏感，模拟数字必须分开布线，数字地线与模拟地线在MAX1132处连在一起，如果模拟电源与数字电源是同一电源，则应采取图4所示方式（或用小电阻取代铁氧体磁珠）将模拟电源与数字电源隔离开。所有模拟电流回路应保持阻抗最小。模拟线路不应该与数字电流并行走线，两者同样不许交叉，必不得已两者可以成90 走线。所有电源加旁路电容滤波。应用中发现，由于MAX1132封装较小，容易造成焊接不良，从而造成转换值一直为零，手工焊接时必须保证各管脚接触良好。

结论

本文通过详细分析MAX1132工作原理，结合在位移压力检测系统中的应用，介绍了该芯片的硬件应用电路和软件编程方法，实际使用发现，MAX1132具有输入信号范围宽、转换精度高、误差小、接口简单和工作可靠等优点。