基于MAX197的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

0 引言

常見的八位模數(shù)轉換芯片(如ADC0809【3】等)設計的系統(tǒng)比較簡單而且成本較低，但有時八位的精度是不夠的，這時我們就不得不選用更高精度的模數(shù)轉換芯片，其中MAX197就是一款性價比很好的12位精度模數(shù)轉換芯片。MAX197芯片是美國Maxim公司的快速模數(shù)轉換芯片，轉換時間最小僅為6 μ s，相對于ADC0809的100 μ s要短得多。它的輸入信號帶寬可達5 MHz，有12位并行的三態(tài)數(shù)據(jù)接口。另外MAX197片內包含高精度的參考電壓源和時鐘電路，因此它只需要很簡單的外部電路即可完成模數(shù)轉換功能，應用非常方便。
1 MAX1 97芯片的特點及性能：

1．1 MAX197的主要優(yōu)點：

1)僅使用單5 V電源供電；2)12位分辨率，1／2LSB線性度；3)四種量程可選：0～+5V、0～+1OV、-5～+5V、-10～+10V：4)8路模擬輸入通道，具有輸入電壓保護(-1 6．5v～+16．5V)；5)最小6 μ s轉換時間，最大100 kh／s采樣率；5)內部4．096V參考電壓；6)兩種掉電工作模式，兩種工作時鐘可選，兩種采集模式可選。

1．2 MAX1 97的采集模式

1．2．1 內部采集模式

通過寫入清零ACQMOD位(ACQMOD=0)的控制字選擇內部采集模式。在這種模式下，一個寫脈沖將觸發(fā)一個內部捕獲周期，并且此捕獲周期是內部定時的，為6個時鐘周期。當這6個時鐘周期的捕獲間隔結束時，轉換開始。轉換時間是12個時鐘周期，不論內部或外部采集模式。

1．2．2 外部采集模式

用兩個獨立的寫脈沖控制捕獲和轉換的開始。 第一脈沖，與ACQMOD=1一起，開始一個不確定長度的捕獲間隔； 第二個寫脈沖與ACQMOD=0一起終止捕獲并在寫脈沖的上升沿開啟一次轉換。然而，如果第二個控制字包含ACQMOD=1，一個不確定的捕獲間隔時問將被重新觸發(fā)。外部采集模式可以更加精確地控制采樣間隔，并可獨立控制捕獲和轉換時間。

1．3 MAX197的控制字

MAX197有8位控制字，分別控制著此芯片的工作模式、捕獲方式、量程選擇、模擬輸入通道選擇，其具體定義如表1所示：



2 高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件及軟件實現(xiàn)

2．1 高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件電路

本系統(tǒng)使用51系列單片機中性能較為優(yōu)越的AT89S52作為主處理芯片。AT89S52是ATMEL公司2001年推出的新型八位單片機。它具有8 K的FLASH作為通用的程序存儲空間，以及具有可在系統(tǒng)編程等優(yōu)秀特點。

使用AT89S52和MAX197設計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路原理圖如圖1所示。



如圖1所示，將MAX197的八位數(shù)據(jù)線與單片機的P0口相連，用于寫控制字和讀數(shù)據(jù)；HBEN與P21相連，控制讀數(shù)據(jù)的高四位或低八位；MAX197的RD和WR引腳分別接AT89S52的RD和WR引腳；片選CS引腳接AT89S52的P22腳。

2．2 高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的匯編程序

下面是上述系統(tǒng)電路采用中斷方式采集數(shù)據(jù)的主要程序：



2．3 單片機數(shù)字濾波的實現(xiàn)

對于隨機噪聲干擾很嚴重的情況，也可以對采集轉換后的數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波。對于隨機信號的干擾，我們可以采用采樣若干次再求其平均值作為最終結果的方法來進行數(shù)字濾波。單片機中求均值的主要思想是：對采樣的數(shù)據(jù)先做帶進位的加法，然后通過移位的方法來完成除法運算(右移一位相當于除以2)。假設采集8組數(shù)據(jù)，其低八位分別存儲在30H~37H單元，高八位分別存儲在38H~3FH單元。濾波后的數(shù)據(jù)低位存儲在30H單元，高位在38H單元。匯編程序可如下編寫：



3 結束語

本文主要論述如何采用高精度模數(shù)轉換芯片MAX197和51系列單片機AT89S52設計高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。給出了系統(tǒng)設計思想、硬件及軟件的詳細設計，介紹了單片機數(shù)字濾波技術的基本原理和實現(xiàn)方法。此系統(tǒng)具有精度高、轉換速度快、程序簡單、CPU占用率低等特點。