- 易迪拓培训,专注于微波、射频、天线设计工程师的培养
14位串行A/D转换器MAX194的特性及应用
录入：edatop.com 点击：
在一些实时数据采集与信息处理电路中，要满足数据采集的精度和速度要求，以必须采用分辨率高，转换速度快的AD转换器。MAX194是一种性能优越的高精度、带采样保持的高速度十四位串行AD转换器。笔者在课题实践中应用了MAX194芯片取得了很好的效果。由于MAX194的输出方式是串行输出而与一般的并行输出方式不同，因此，在与MC51系列单片机通信时有一些需要注意的事项。在此笔者把在应用中遇到的问题及解决方法作以介绍。
1 工作原理及结构
MAX194 的工作原理框图如图1所示。它主要由主DAC、控制逻辑、比较器和校准DAC组成。主DAC用于产生与输入模拟信号进行比较的模拟信号，它的内部结构与一般模数转换器内部的DAC不同，它没有采用T型电阻网络，而是由带二进制权值的电容阵列组成（见图2）.模拟电子开关受数字量的数字代码控制，代码为0时开关接地，代码为1时开关接到参考电压上。这样，d13为1而其它为0时，VA=VREF/2；当d12为1而其它为0时，VA=VREF/2 2；依次类推，直到当d0=1而其它为0时，VA=VREF/2 14。根据叠加原理，总的等效电势为：
VA=d13VREF/2+d12VREF/2 2……+d0VREF/2 14
（1）将电容的自由端均接在AIN，以使电容充电得到电压VAIN。
（2）将最高位电容接参考电压，其它电容的自由端接地，以使VA=VAIN，即d13=1而其它位为0，这时，VA=VREF/2-VAIN，当VA<0 即VAIN<VREF/2时，比较器的输出为1，并通过控制逻辑使d13=0,反之使d13=1。在最高位确定后，如果使d12=1而其余为0，则 VA=d13VREF/2+d12VREF/2 2-VAIN。
（3）要通过比较器和控制逻辑来确定次高位，依次向下类推，经过16次比较以可以使转换结束（包括两位附加位）。需要说明的是：图中的DUMMY电容是为了使它前面的电容具有权值而设置的，其本身没有权值。而由电容组成DAC将使MAX194具有采样保持功能，也就是电路不需加采样保持部分。
另外，MAX194自身具有校准功能，可在上电时进行校准。当外部环境改变时（如温度变化，电源电压改变等），还可以人为地置RESET为0时进行校准。
2 管脚排列及功能
MAX194的管脚排列如图3所示。它采用16脚DIP封装，各管脚的功能如下：
引脚1（BP/UP/SHDN）为三态输入，此脚悬空，则模拟信号以双极性方式输入；接高电平时以单极性输入；接低电平时则以10μA的关闭模式工作。
引脚9（CONV）变低后，A/D转换开始。
引脚7（EOC）为转换结束输出。转换结束时输出低电平，到一下次转换开始时再变成高电平。
引脚2（CLK）外接转换时钟，最大频率为1.7MHz；引脚3(SCLK)如果在转换结束后读取结果，则以SCLK的频率读取。它可以与CLK的频率不同，最大为5MHz。
引脚5（DOUT）为串行数据输出脚，先输出最高位。
引脚8（CS）为片选信号，允许串行输出。
引脚12（REF）为参考电压输入端，输出范围为0～5V。
引脚11（AIN）为模拟输入，输入范围为0～VRFEF或-VREF～+VREF。
引脚6，14（DNCD，AGND）分别为数字地，模拟地。
引脚4，16（VDDD，VDDA）分别为+5V数字电源，+5V模拟电源。
引脚11，15（VSSD，VSSA）分别为-5V数字电源，-5V模拟电源。
3 MAX194的应用电路
MAX194可广泛应用于工业控制，测量，数字信号处理等方面。
图4为笔者在锅炉测温系统中用MAX194与单睡机进行接口的接口电路，该接口将CS接P2.7脚，并由软件发出片选信号。用于转换的时间脉冲CLK由89C51的ALE脚产生。89C51的TXD经非门接SCLK，以用做读取数据的时钟。
图中，tCONV为转换时间；tCSS为CS下降模沿的时间；tCSH为SCLK最后一个下降沿至CS上升沿的时间。
采用图4电路进行接口设计时，应注意以下几点；
（1）Tcss必须大于75μs，应在程序中先置CS为零，然后再发转换开始信号。
（2）转换开始脉冲必须与转换时钟同步，为此在P1.0和ALE之间应加一个或门后再接至CONV，以确保同步。
（3）在TXD直接至SCLK相连时，由于89C51在TXD的下降沿读数，而TXD（SCLK）的第一个下降沿以开始输出次高位，这样以会丢失最高位。为此，可在TXD与SCLK之间接一个反相器，这样在TXD的下降沿读入数据时，即可在TXD的上升沿（SCLK的下降沿）使DOUT输出数据。由于读入数据和输出数据是分时进行的，因而保证了这种先读出最高位，再输出次高位的全数据输出方式。
（4）由于在收缓冲器SBUF中，数据的存储顺序为：
CLR C
CLR P2.7
MOV P0，#02H
MOV R1，#03H
SETB P1.0
CLR P1.0
SETB P1.0
SETB P3.2
HERE：JB P3.2，HERE
LOOP：MOV SCON，10H
WAIT1：JNB RI，WAIT1
MOV A，SBUF
MOV @R1，A
INC R1
DJNZ R0，LOOP
SETB P2.7
LCALL EXCH
RET
EXCH：MOV R1，30H
MOV A，#00H
CLR C
MOV R7，#08H
LOOP0：XCH A，R1
RRC A
XCH A，R1
RLC A
DJNZ R7，LOOP0
MOV 32H，A
MOV R1，31H
MOV A，#00H
CLR C
MOV R7，#08H
LOOP1：XCH，A，R1
RRC A
XCH A，R1
RLC A
DJNZ R7，LOOP1
MOV 33H,A
RET
1 工作原理及结构
MAX194 的工作原理框图如图1所示。它主要由主DAC、控制逻辑、比较器和校准DAC组成。主DAC用于产生与输入模拟信号进行比较的模拟信号，它的内部结构与一般模数转换器内部的DAC不同，它没有采用T型电阻网络，而是由带二进制权值的电容阵列组成（见图2）.模拟电子开关受数字量的数字代码控制，代码为0时开关接地，代码为1时开关接到参考电压上。这样，d13为1而其它为0时，VA=VREF/2；当d12为1而其它为0时，VA=VREF/2 2；依次类推，直到当d0=1而其它为0时，VA=VREF/2 14。根据叠加原理，总的等效电势为：
VA=d13VREF/2+d12VREF/2 2……+d0VREF/2 14
（1）将电容的自由端均接在AIN，以使电容充电得到电压VAIN。
（2）将最高位电容接参考电压，其它电容的自由端接地，以使VA=VAIN，即d13=1而其它位为0，这时，VA=VREF/2-VAIN，当VA<0 即VAIN<VREF/2时，比较器的输出为1，并通过控制逻辑使d13=0,反之使d13=1。在最高位确定后，如果使d12=1而其余为0，则 VA=d13VREF/2+d12VREF/2 2-VAIN。
（3）要通过比较器和控制逻辑来确定次高位，依次向下类推，经过16次比较以可以使转换结束（包括两位附加位）。需要说明的是：图中的DUMMY电容是为了使它前面的电容具有权值而设置的，其本身没有权值。而由电容组成DAC将使MAX194具有采样保持功能，也就是电路不需加采样保持部分。
另外，MAX194自身具有校准功能，可在上电时进行校准。当外部环境改变时（如温度变化，电源电压改变等），还可以人为地置RESET为0时进行校准。
2 管脚排列及功能
MAX194的管脚排列如图3所示。它采用16脚DIP封装，各管脚的功能如下：
引脚1（BP/UP/SHDN）为三态输入，此脚悬空，则模拟信号以双极性方式输入；接高电平时以单极性输入；接低电平时则以10μA的关闭模式工作。
引脚9（CONV）变低后，A/D转换开始。
引脚7（EOC）为转换结束输出。转换结束时输出低电平，到一下次转换开始时再变成高电平。
引脚2（CLK）外接转换时钟，最大频率为1.7MHz；引脚3(SCLK)如果在转换结束后读取结果，则以SCLK的频率读取。它可以与CLK的频率不同，最大为5MHz。
引脚5（DOUT）为串行数据输出脚，先输出最高位。
引脚8（CS）为片选信号，允许串行输出。
引脚12（REF）为参考电压输入端，输出范围为0～5V。
引脚11（AIN）为模拟输入，输入范围为0～VRFEF或-VREF～+VREF。
引脚6，14（DNCD，AGND）分别为数字地，模拟地。
引脚4，16（VDDD，VDDA）分别为+5V数字电源，+5V模拟电源。
引脚11，15（VSSD，VSSA）分别为-5V数字电源，-5V模拟电源。
3 MAX194的应用电路
MAX194可广泛应用于工业控制，测量，数字信号处理等方面。
图4为笔者在锅炉测温系统中用MAX194与单睡机进行接口的接口电路，该接口将CS接P2.7脚，并由软件发出片选信号。用于转换的时间脉冲CLK由89C51的ALE脚产生。89C51的TXD经非门接SCLK，以用做读取数据的时钟。
图中，tCONV为转换时间；tCSS为CS下降模沿的时间；tCSH为SCLK最后一个下降沿至CS上升沿的时间。
采用图4电路进行接口设计时，应注意以下几点；
（1）Tcss必须大于75μs，应在程序中先置CS为零，然后再发转换开始信号。
（2）转换开始脉冲必须与转换时钟同步，为此在P1.0和ALE之间应加一个或门后再接至CONV，以确保同步。
（3）在TXD直接至SCLK相连时，由于89C51在TXD的下降沿读数，而TXD（SCLK）的第一个下降沿以开始输出次高位，这样以会丢失最高位。为此，可在TXD与SCLK之间接一个反相器，这样在TXD的下降沿读入数据时，即可在TXD的上升沿（SCLK的下降沿）使DOUT输出数据。由于读入数据和输出数据是分时进行的，因而保证了这种先读出最高位，再输出次高位的全数据输出方式。
（4）由于在收缓冲器SBUF中，数据的存储顺序为：
CLR C
CLR P2.7
MOV P0，#02H
MOV R1，#03H
SETB P1.0
CLR P1.0
SETB P1.0
SETB P3.2
HERE：JB P3.2，HERE
LOOP：MOV SCON，10H
WAIT1：JNB RI，WAIT1
MOV A，SBUF
MOV @R1，A
INC R1
DJNZ R0，LOOP
SETB P2.7
LCALL EXCH
RET
EXCH：MOV R1，30H
MOV A，#00H
CLR C
MOV R7，#08H
LOOP0：XCH A，R1
RRC A
XCH A，R1
RLC A
DJNZ R7，LOOP0
MOV 32H，A
MOV R1，31H
MOV A，#00H
CLR C
MOV R7，#08H
LOOP1：XCH，A，R1
RRC A
XCH A，R1
RLC A
DJNZ R7，LOOP1
MOV 33H,A
RET
射频工程师养成培训教程套装，助您快速成为一名优秀射频工程师...
射频和天线工程师培训课程详情>>
