16位A/D轉(zhuǎn)換器MAX1166的原理及應(yīng)用

摘要：MAX1166是美國(guó)MAXIM公司生產(chǎn)的逐次逼近型16位低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器內(nèi)帶4.096Ｖ精密參考源，同時(shí)具有并行數(shù)據(jù)輸出接口。文章介紹了該模數(shù)轉(zhuǎn)換器的特性、功能及實(shí)際應(yīng)用電路。

    關(guān)鍵詞：A/D轉(zhuǎn)換 單片機(jī) 接口 MAX1166

１　概述

ＭＡＸ１１６６是美國(guó)ＭＡＸＩＭ公司生產(chǎn)的逐次逼近型１６位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該芯片片內(nèi)除集成了逐次逼近型ＡＤＣ所必須的逐次逼近寄存器ＳＡＲ、高精度比較器和控制邏輯外，還集成了時(shí)鐘、４．０９６Ｖ精密參考源和接口電路，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖１所示。ＭＡＸ１１６６的數(shù)據(jù)總線為８位，因此與目前廣泛使用的８位微處理器連接非常方便。

    ＭＡＸ１１６６的典型參數(shù)如下：

●并行數(shù)據(jù)輸出接口：８位?

●采樣頻率：１６５ｋｓｐｓ?

●精度：最大線性誤差±２ＬＳＢ，１６位無(wú)誤碼?

●內(nèi)部參考源電壓：４．０９６Ｖ?

●外部參考源電壓輸入范圍：＋３．８～５．２５Ｖ?

●模擬電壓輸入范圍：＋４．７５～＋５．２５Ｖ?

●數(shù)字電壓輸入范圍：＋２．７～＋５．２５Ｖ?

●小電流?外部參考電源流為１．８ｍＡ?內(nèi)部參考電源流為２．７ｍＡ?采樣率在１０ｋｓｐｓ時(shí)的外部參考電源電流為０．１μＡ;

●采用２０管腳ＴＳＳＯＰ封裝。

ＭＡＸ１１６６共有２０個(gè)引腳，圖２為其引腳排列圖，這些引腳大體可分為三類(lèi)。

第一類(lèi)是電源類(lèi)?其中，模擬電源ＡＶＤＤ和數(shù)字電源ＤＶＤＤ應(yīng)分別通過(guò)０．１μＦ的鉭電容與模擬地和數(shù)字地相連接。而數(shù)字地ＤＧＮＤ和模擬地ＡＧＮＤ１、ＡＧＮＤ２通常共地。

第二類(lèi)為模數(shù)信號(hào)類(lèi)?其中，ＡＩＮ為模擬信號(hào)輸入端；Ｄ０／Ｄ８～Ｄ７／Ｄ１５為數(shù)字量并行輸出口。

第三類(lèi)是控制信號(hào)類(lèi)?其中ＣＳ ?輸入?為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)端；Ｒ／ Ｃ（輸入）為讀取結(jié)果／模數(shù)轉(zhuǎn)換控制端；ＥＯＣ（輸出）用于指示轉(zhuǎn)換結(jié)束；ＨＢＥＮ?輸入?用來(lái)控制從總線讀出的數(shù)據(jù)是轉(zhuǎn)換結(jié)果的高字節(jié)還是低字節(jié)；ＲＥＦＡＤＪ為參考電源選擇端，該端通過(guò)０．１μＦ鉭電容與模擬地相接時(shí)?選擇內(nèi)部參考電源模式?而當(dāng)其直接與模擬電源相接時(shí)?選擇外部參考電源模式；ＲＥＦ為參考電源輸入／輸出端，選擇內(nèi)部參考電源時(shí)?該腳應(yīng)通過(guò)４．７μＦ鉭電容接模擬地?而選擇外部參考電源時(shí)?該腳為外部參考電源輸入端。

２　ＭＡＸ１１６６的轉(zhuǎn)換控制時(shí)序

ＭＡＸ１１６６的一次轉(zhuǎn)換過(guò)程可分為三個(gè)階段，即轉(zhuǎn)換準(zhǔn)備階段、模數(shù)轉(zhuǎn)換階段和轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出階段。圖３為其轉(zhuǎn)換時(shí)序圖。具體工作過(guò)程如下：

首先將Ｒ／ Ｃ管腳置低電平，然后在ＣＳ腳輸入脈沖信號(hào)，ＭＡＸ１１６６會(huì)在ＣＳ的第一個(gè)脈沖信號(hào)的下降沿進(jìn)入工作狀態(tài)；并在ＣＳ的第二個(gè)脈沖信號(hào)下降沿啟動(dòng)Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換。此脈沖信號(hào)的寬度最小應(yīng)為４０ｎｓ。轉(zhuǎn)換過(guò)程中，ＥＯＣ腳為高電平，并在經(jīng)過(guò)約５μｓ轉(zhuǎn)換完成后，ＥＯＣ腳電平變低以指示轉(zhuǎn)換完成。當(dāng)ＥＯＣ腳輸出為低電平時(shí)，若將Ｒ／ Ｃ腳置為高電平，系統(tǒng)將在ＣＳ的第三個(gè)脈沖的下降沿把轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出到數(shù)據(jù)總線上。

在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，通過(guò)檢測(cè)ＥＯＣ腳的輸出電平即可判斷數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換狀態(tài)。當(dāng)ＥＯＣ輸出為高電平時(shí)，表示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換仍在進(jìn)行，此時(shí)不能讀取數(shù)據(jù)；而當(dāng)ＥＯＣ輸出為低電平時(shí)，表明數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，此時(shí)可以讀取數(shù)據(jù)。設(shè)置并行數(shù)據(jù)輸出選擇位ＨＢＥＮ為高電平?可讀取數(shù)據(jù)高８位；而設(shè)置ＨＢＥＮ為低電平則可讀取數(shù)據(jù)低８位。

ＭＡＸ１１６６有兩種工作模式，即穩(wěn)定工作模式和低功耗工作模式。可由管腳Ｒ／ Ｃ在ＣＳ第二個(gè)脈沖下降沿的狀態(tài)來(lái)決定選擇哪種工作模式，Ｒ／ Ｃ 為低電平時(shí)，選擇正常工作模式，為高電平時(shí)選擇低功耗工作模式。

圖3 MAX1166轉(zhuǎn)換時(shí)序圖

３　典型應(yīng)用電路

ＭＡＸ１１６６的總線接口為８位，該總線的接口速度相當(dāng)快，可以和各種微處理器直接進(jìn)行接口，因此ＭＡＸ１１６６與８位微處理器的連接電路相對(duì)比較簡(jiǎn)單。圖４是ＭＡＸ１１６６和ＭＣＳ－８０５１的接口電路圖。在本例中，由于單片機(jī)外圍芯片僅有ＭＡＸ１１６６一片，所以，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，沒(méi)有為之確定地址，即任意地址均可作為其地址。因?yàn)椋停粒兀保保叮兜模茫有盘?hào)脈沖寬度要求最小為４０ｎｓ，因此，對(duì)于單片機(jī)而言，只要對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行寫(xiě)操作，即會(huì)產(chǎn)生ＷＲ脈沖，其寬度為６個(gè)時(shí)鐘周期。如果采用１２ＭＨｚ的晶振，其脈沖寬度為５００ｎｓ，所以可以將單片機(jī)的ＷＲ信號(hào)作為ＭＡＸ１１６６的ＣＳ輸入信號(hào)。至于Ｒ／ Ｃ 、ＥＯＣ和ＨＢＥＮ等信號(hào)，只需連接到普通的鎖存功能端口即可（如單片機(jī)的Ｐ１口）。

圖４中，ＭＡＸ１１６６采用的是內(nèi)部參考源。如果在ＣＳ信號(hào)的第二個(gè)脈沖下降沿使Ｒ／ Ｃ 為低電平，即選擇了穩(wěn)定工作模式，該模式的應(yīng)用程序如下（該程序會(huì)將轉(zhuǎn)換結(jié)果的高８位存放在片內(nèi)存儲(chǔ)器Ａ０單元，而將低８位存放在Ａ１單元）：

ＭＯＶ Ｒ０ ? ＃Ａ０ ；數(shù)據(jù)暫存區(qū)地址

ＳＡＭＰ? ＣＬＲ Ｐ１．０ ；拉低Ｒ／ Ｃ電平，為

Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換啟動(dòng)做準(zhǔn)備

ＭＯＶＸ ＠ＤＰＴＲ?Ａ ；給ＣＳ第一個(gè)脈沖信

號(hào)，ＭＡＸ１１６６進(jìn)入準(zhǔn)

備工作狀態(tài)

ＭＯＶＸ ＠ ＤＰＴＲ?Ａ ；給ＣＳ第二個(gè)脈沖信

號(hào)，啟動(dòng)Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換

ＷＡＩＴ? ＪＢ Ｐ１．２? ＷＡＩＴ ；如果轉(zhuǎn)換結(jié)束，則進(jìn)

入讀數(shù)據(jù)子程序

ＲＥＤＡ? ＳＥＴ Ｐ１．０ ；拉高Ｒ／ Ｃ電平，準(zhǔn)備

讀取數(shù)據(jù)

ＭＯＶＸ ＠ ＤＰＴＲ?Ａ ；給ＣＳ第三個(gè)脈沖信

號(hào)，開(kāi)始讀數(shù)據(jù)

ＳＥＴ Ｐ１．１

ＭＯＶＸ Ａ?＠ＤＰＴＲ ；讀取數(shù)據(jù)高８位

ＭＯＶ ＠Ｒ０? Ａ

ＩＮＣ Ｒ０

ＣＬＲ Ｐ１．１

ＭＯＶＸ Ａ?＠ＤＰＴＲ ；讀取數(shù)據(jù)低８位

ＭＯＶ ＠Ｒ０? Ａ

４　結(jié)束語(yǔ)

ＭＡＸ１１６６是一種１６位的Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器，它不僅具有分辨率高、轉(zhuǎn)換速度快的特點(diǎn)，而且功耗低、體積小、接口方便、電路簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)特性良好。因而是電池供電的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的理想選擇，具有廣闊的應(yīng)用前景。