位MAX和单片机实现数据采集设计.pdf
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2006年第3期2006年第3期能源技术与管理12位MAX197和51单片机实现数据采集设计颜廷秦(苏州职业大学电子系,江苏苏州215000)摘要A/D转换广泛应用于数据采集与信号测量中,A/D转换芯片有并行、串行两种,精度从8位到24位,存在多个等级,其中12位的MAX197是性能比较优越的一款,接口简单,转换速度快,操作容易,精度能满足多数信号测量和工业控制场合。
在分析MAX197结构、特点和工作原理的基础上,介绍其与51单片机配合使用的典型电路,提供一个硬件联接和软件编程的实用实例。
关键词MAX197;A/D转换;单片机中图分类号TN702文献标识码A文章编号1672!
9943(2006)03!
0075!
030引言作为一种基本电路,A/D转换广泛应用于数据采集与信号测量中。
A/D转换芯片有并行、串行两种,精度从8位到24位,存在多个等级。
其中12位的MAX197是性能比较优越的一款,接口简单,转换速度快,操作容易,精度能够满足多数信号测量和工业控制场合。
1MAX197结构特点1MAX197芯片是美国MAXIM公司近年的新产品,是多量程(10V,5V,010V,05V)、8通道、12位高精度的A/D转换器。
它采用逐次逼近工作方式,有标准的微机接口。
三态数据I/O口用做8位数据总线,数据总线的时序与绝大多数通用的微处理器兼容。
全部逻辑输入和输出与TTL/CMOS电平兼容。
新型A/D转换器芯片MAX197与一般A/D转换器芯片相比,具有极好的性能价格比,仅需要一+5V供电,且外围电路简单,可简化电路设计。
1.1MAX197的控制字如图1所示,MAX197控制字的PD1、PD0这二位选择时钟和低功耗模式;ACQMOD0为内部控制采集,ACQMOD1为外部控制采集;RNG选择输入端的满量程电压范围;BIP选择单极性,双极性转换模式;A2,A1,A0这3位是用于选择多路输入通道的地址。
采用内部采集控制模式时,在WR的上升沿T/H进入跟踪模式,当内部定时采集过程结束时进入保持模式。
对于下降速率小于1.5s的低阻输入源,在最大转换速率时能保证转换精度。
在外部采集控制模式下,在第一个WR上升沿T/H进入跟踪模式;当检测到第二个WR上升沿用D5=0时,进入保持模式。
其输入量程及保护方式为:
在VEF=4.096V时,MAX197通过软件设置控制字节的D3、D4位,可选择输入量程为10V、5V、010V、05V。
图1MAX197的控制字1.2MAX197的管脚功能MAX197有28个管脚,管脚图如图2所示。
图2中REF控制满量程输入电压大小。
在REFADJ脚加外部基准电压后,MAX197多量程A/D转换器VREF=1.6384VREFADJ(2.4VD7(MSB)D6D5D4D3D2D1D0(LSB)PD1PDOAOQMODRNGBIPA2A1AO图2MAX197的管脚图基金项目:
湖北省科技厅自然科学技术研究课题(2004X067)752006年第3期2006年第3期VREF4.18V)。
输入通道的过压保护为16.5V,即使芯片处于低功耗工作模式,这种防护也有效。
VDD=0V时,输入阻抗网络所具有的电流限制足以保护器件。
数字接口输入和输出数据在三态并行口上是复用的,这些并行I/O口可以很容易地和微机接口。
CS、WR和RD与PC机相应控制脚相连进行读写操作。
通过对芯片进行写操作可把控制字节存入芯片。
输出数据在单极性模式下是二进制格式。
MAX197可以以内部或外部时钟模式工作。
一旦选择了所要求的时钟模式,改变这些位编程选择低功耗模式时,不会影响时钟模式。
刚上电时,选择外部时钟模式。
在CLK脚和地之间接一个100pF的电容,可产生1.56MHz频率的内部时钟。
外部时钟要求100kHz2MHz之间。
2硬件接口电路2MAX197是一种通用A/D芯片,可以和多种微机接口,在此选用51单片机与其联接。
硬件结构如图3所示。
图3中使处理器的P0.0P0.7与MAX197的D0D7相连。
以P22作片选信号。
选择MAX197为软件设置低功耗工作方式,所以置SHDN脚为高电平,本例采用内部基准电压,所以REF、REFDJ均通过电容接地。
用P21脚用做判读高、低位数据的选择线,直接与HBEN脚相连,因而读低8位时,MAX197的地址为OFCFFH,读高4位时,MAX197的地址为OFDFFH。
MAX197的INT脚与用户接口中的XINT相连,作为转换识别信号,当数据转换完毕时,MAX197的INT脚产生中断信号,从而使处理器进入INTO中断处理程序进行一路转换数据的读入操作。
3软件设计当时MAX197的控制字开始写操作时,转换就开始了。
写操作将选择多路通道,并确定MAX197的输入范围是单极性还是双极性。
一个写脉冲(WR+CS)可以开始一次采集,或者对采样进行初始化并开始转换。
对任何时钟模式和采集模式,转换间隔都延时12个时钟周期。
若在转换周期写一个新的控制字节将使转换失效,并启动一次新的采集过程。
外部采集模式采用外部采集方式可以更精确地控制采样间隔和转换。
在这种方式下,用户通过2个写脉冲控制采集和启动转换。
在第一写脉冲中,要使ACQMOD位=1,它将启动一次采集开始。
在第二个写脉冲中,要使ACQMOD位=0,在WR的上升沿开始转换并结束采集。
在发第一和第二个写脉冲时,多路输入通道的地址位值必须一样。
在第二个写脉冲中,低功耗模式位(PD0、PD1)可以设一个新值。
当转换结束产生一个正确的结果时,芯片发出一个标准的中断信号INT(识别信号)给处理器。
在第一个读周期或者写一个新控制字节时,INT就变为高电平。
对应于图3的硬件接口而言,芯片地址为OFDFFH。
这里输入量程选为05V;由于MAX197的时钟范围在02MHz,采用内部时钟工作,选用内部基准电压,内部采集方式;选择STBYPD低功耗工作方式,所以控制字高5位为01000B。
控制字的低3位选择模拟通道,所以这三位从000B111B变化,将8路模拟输入信号依次采集一遍,在此采用等待查询方式,采用寄存器中的一位(如04H)为A/D转换完毕标志位,为0转换完毕。
软件充分考虑MAX197的工作时序,需要考虑采集时间和变换时间及各控制信号之间颜廷秦12位MAX197和51单片机实现数据采集设计图3MAX197与处理器之间的硬件接口762006年第3期2006年第3期ThedesignofdatacollectingwithMAX197andPICSCMYANTing-qin(ELECTRONICDEPARTMENTOFSUZHOUOCCUPATIONALUNIVERSITY)Abstract:
Weanalyzedthestructure,characterandprincipleofMAX197atfirst,andonthebaseofthis,weintroducedonemethodofusingMAX197togetherwithPICSCM,providinganactualexampleonhardwareconnectionsandsoftware.KeyWords:
MAX197;A/Dconversion;SCM能源技术与管理的时序关系。
部分程序说明如下:
MOVDPTR,#OFDFFHMOVA,#40H;设置工作方式,选择通道0SETB04HMOVXDPTR,AJB04H,$;等待中断完成;MOVDPTR,#OFDFFHMOVA,#41H;设置工作方式,选择通道1SETB04HMOVXDPTR,AJB04H,$;等待中断完成;MOVDPTR,#OFDFFHMOVA,#42H;设置工作方式,选择通道2SETB04HMOVXDPTR,AJB04H,$;等待中断完成INT0:
PUSHPSW;MOVDPTR,#OFCFFH;1111,1100,1111,111MOVA,#151MOVR0,AMOVXA,DPTR;低8位MOVRO,A;MOVDPTR,#0FDFFH;1111,1101,1111,111INCROMOVXA,DPTR;高4位MOVRO,A;POPPSWCLR04HRETI4结语新型A/D转换器芯片MAX197可以同时实现8路模拟信号转换,接口多,转换速度快,同时12位的精度可以满足多数数据采集场合需要。
与一般A/D转换器芯片相比,具有极好的性能价格比,仅需一+5V供电,且外围电路简单,可简化电路设计。
MAX197的并行接口易于与微处理器连接,占有较少的CPU资源,因此,能用于较为复杂的系统开发,非常适用于工业控制、自动测试、仪器仪表、远程通讯等领域的数据传输。
参考文献1Maxim.NewReleasesDataBookJ.1997,
(1).2洪志全,等.现代计算机接口技术M.北京:
电子工业出版社,2008.作者简介颜廷秦(1971-),男,工学硕士,研究方向为计算机接口与检测,现任教于苏州职业大学。
收稿日期:
2006-01-0977
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- MAX 单片机 实现 数据 采集 设计
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