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(zhuǎn)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(zhuǎn)換芯片，其中MAX197就是一款性價比很好的12位精度模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。MAX197芯片是美國Maxim公司的快速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)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(nèi)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換時間，最大100 kh／s采樣率；5)內(nèi)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(nèi)部采集模式

通過寫入清零ACQMOD位(ACQMOD=0)的控制字選擇內(nèi)部采集模式。在這種模式下，一個寫脈沖將觸發(fā)一個內(nèi)部捕獲周期，并且此捕獲周期是內(nèi)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(jié)束時，轉(zhuǎn)換開始。轉(zhuǎn)換時間是12個時鐘周期，不論內(nèi)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)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(jié)束語

本文主要論述如何采用高精度模數(shù)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換速度快、程序簡單、CPU占用率低等特點。