摘    要：本文阐述了MAX197模数转换芯片的特性和工作原理,并结合其在多通道数据采集中的应用介绍了MCS-51系列单片机与MAX197的硬件接口设计和软件编程方法。
关键词：MAX197;AT89C52;多通道

引言
在数据采集系统中,A/D转换的速度和精度又决定了采集系统的速度和精度。MAX197是Maxim公司推出的具有12位测量精度的高速A/D转换芯片,只需单一电源供电,且转换时间很短(6ms),具有8路输入通道,还提供了标准的并行接口——8位三态数据I/O口,可以和大部分单片机直接接口,使用十分方便。

MAX197芯片简介
MAX197转换的基本原理
MAX197无需外接元器件就可独立完成A/D转换功能。它可分为内部采样模式和外部采样模式,采样模式由控制寄存器的D5位决定。在内部采样控制模式(控制位置0)中,由写脉冲启动采样间隔,经过瞬间的采样间隔(芯片时钟为2MHz时,为3ms),即开始A/D转换。在外部采样模式(D5=1)中,由两个写脉冲分别控制采样和A/D转换。在第一个写脉冲出现时,写入ACQMOD为1,开始采样间隔。在第二个写脉冲出现时,写入控制字ACQMOD为0,MAX197停止采样,开始Ａ/Ｄ转换。这两个写脉冲之间的时间间隔为一次采样时间。当一次转换结束后,MAX197相应的INT引脚置低电平,通知处理器可以读取转换结果。
内部采样模式的数据转换时序
对于模拟到数字量的转换,时序要求非常严格,由于MAX197的数字信号输出引脚是复用的,要正确读出转换结果,时序要求尤其重要。在一次采样开始前,可以通过单片机的8位数据线把这些控制字写入MAX197来初始化相应的参数。然后按照一定的时序进行采样和转换。图1即为内部采样模式的数据转换时序图。
图中HBEN为12位数据高4位或低8位有效控制位,当此位为高时,高4位数据有效,为低时低8位数据有效。可以通过控制这个引脚来读取12位的转换结果。

MAX197与单片机硬件接口设计
MAX197是一种通用A/D芯片,可以和多种微机接口,在此选用AT89C52单片机作为主处理器。通过AT89C52的P0.0~P0.7与MAX197的D0~D7相连,既用于输入MAX197的初始化控制字,也用于读取转换结果数据。 用AT89C52单片机的P2.7作片选信号,则MAX197的高位地址为7FH。选择MAX197为软件设置低功耗工作方式,所以置SHDN脚为高电平。本文采用外部基准电压,所以REFDJ接高电平,而REF则接外部输入参考电压。AT89C52单片机的P1.1脚用做判读高、低位数据的选择线,直接与HBEN脚相连。MAX197的INT脚可与AT89C52的INT0相连,以便实现中断,读取转换结果。
在电路中,AGND和DGND应相互独立,各种电源与模拟地之间都用0.1mF电容来消除电源的纹波。MAX197的硬件电路设计如图2所示。

软件设计
MAX197与其它A/D芯片不同之处在于它的很多硬件功能都是利用内部控制字来实现的,如通道选择、模拟信号量程、极性等。MAX197的输出数据采用无符号二进制模式(单极性输入方式)或二进制补码形式(双极性输入方式)。当CS和RD都有效时,HBEN为低电平,低8位数据被读出,HBEN为高电平,复用的高4位被读出,另外4位保持低电平(在单极性方式下),或另外4位为符号位(在双极性方式下)。
由以上可知,正确进行采集转换并读取数据的前提是必须正确设置控制字以及MAX197的各种控制信号。本设计中,进行数据采集转换前都对MAX197进行初始化,以便确定其采集转换的通道、量程和极性等。
程序的编写可以采用查询和中断两种方式,其中查询方式是在查询相应的标志成立时,执行读取;而中断则通过把MAX197的INT引脚连接到单片机的外部中断引脚来实现。本设计的软件是利用MCS-51汇编指令进行编写的,利用中断进行数据的转换和读取等操作。综上,一个典型A/D转换的控制与读取程序流程如图3所示。
 
结语
此设计表明,以MAX197为核心的数据采集Ａ/Ｄ转换电路具有外围电路简单、与处理器并口兼容性好、时序控制简单易懂的特点,其变换时间短(6ms),可靠性和性价比高,并且编程简单,比较适合实时性要求较高的大数据量数据采集与高速A/D转换使用。■

参考文献
1 肖忠祥. 数据采集原理. 西安： 西北工业大学出版社,2001
2 Maxim 1997 New Releases DataBook V1 ,1997