16位串行模数转换器MAX1132的特性及应用.doc

16位串行模数转换器MAX1132的特性及应用时间：2005-01-27 18:56:00 来源：国外电子元器件 作者：成都市工业学校李繁荣 摘要：MAX1132是美国MAXIM公司生产的16位串行模数转换器，文章介绍了MAX1132的工作原理、接口特点及使用方法，给出了它在数据采集系统中的硬件电路和软件程序。 关键词：模数转换器；MAX1132；数据采集引言模数转换器（）是现代测控中非常重要的环节，它一般分为串行模数转换器和并行模数转换器。后者虽然传输速度快，但引脚多、体积大、占用单片机口线多；而串行的传输速率也可以做的很高，并且具有体积小、功耗低、占用单片机口线少等优点。因此，串行的应用越来越广泛。是公司生产的单电源、低功耗、位、单双极性转换的高精度串行逐次逼近型。其内部带有跟踪保持及校准电路，可使用内部或外部参考电压及时钟。采样速率最高可达到?最低消耗电流为。若工作于关闭模式，消耗电流可降低到。该可应用于工业过程控制、数据采集系统、便携式数据记录、医疗或掌上设备以及系统检测等领域。 的引脚功能是可编程的单通道，采用引脚封装形式，其引脚排列如图所示。各引脚的功能如下：参考电压缓冲输出参考电压输入，可用作模数转换的参考电压；：参考带隙输出端参考带隙缓冲输入端；：模拟地；：模拟电源；：数字地；：关闭控制输入端；、：分别为用户可编程输出，；：串行选通输出端；：串行数据输出端；：复位引脚；：串行数据时钟输入端；：数字电源；：串行数据输入端；：片选端；：旁路缓冲参考端；：模拟输入端。工作原理通常由时钟将控制字节从串行数据输入端()打入其内部移位寄存器，以决定其工作模式并启动转换。当变低或一次转换(或校准)结束以后，端接收到的第一个逻辑“”被定义为控制字节的开始位（）。在该位到达前，由时钟打入的逻辑“”均无效，的每位数据均在每个的上升沿打入内部移位寄存器。值得注意的是：如果在当前的转换完成以前，一个新的开始位被时钟打入的话，当前的转换就会被中断，同时开始新的输入信号采集。可用外部或内部时钟完成逐次逼近转换，但两种模式均用外部时钟将数据移入器件或从器件中移出。在外部时钟模式下，数据的移入移出和转换步骤均由外部时钟控制。内部时钟模式下的转换时钟由内部时钟发生器产生，速率最高可达。一般要求完成一次转换的周期是个的整数倍。具有短采集（）和长采集（）两种工作模式。单极性输入时，直接输出二进制数；双极性输入时，输出的是二进制补码。还带有个用户可编程的输出口(、)，它们均采用推挽式输出，可用来驱动多路转换开关或。这三个编程口在缺省状态下的输出均为零，并且在硬件关闭模式期间均保持不变，此外，它们在上电置位时，也均被置零。图2的应用在笔者研制开发的网络地电影像仪系统中，由于需要检测的地电信号的幅值范围较大，检测信号精度要求高，信号采集时间短，而且需要采集的信号通道多，因此对的性能提出了很高的要求。而具有双极性转换模式，转换的电压范围可达到，比其他转换电压范围要宽；它的精度达到位，转换速度最高可达到，足以满足系统对精度和速度的要求；虽然它内部没有集成多路转换开关，但本身带有三个用户可编程输出口，可以很方便地控制一个多路转换开关，以满足系统信号采集通道多的要求；采用单电源供电，内部带有参考电压，可简化外围电路，而且使用方便。基于以上特点，笔者选用了。图为与单片机进行接口的电路。图中将的与单片机脚相连，的片选端由单片机经脚发出信号选通；控制字节由单片机脚输出到的端；转换结果则由脚从的端读入单片机，读取转换数据的时钟可由脚依次发出高低电平来构成；脚接至表示工作状态的串行选通输出，单片机则通过脚查询的工作状态；、三个输出连接到多路转换开关以控制转换通道的切换，而进行逐次逼近转换的时钟则由内部时钟发生器产生。本应用选用双极性、内部时钟、短采集模式的工作方式，其工作时序如图所示。图中，是采集输入信号的时间，是进行转换所需要的时间。由图可以看出，在片选有效、开始位由端打入后即可开始对输入信号的采集，并一直到控制字节位进入其内部移位寄存器以后便可完成对输入信号的采集。因此，当使用的三个用户可编程输出口去控制一个多路开关时，要特别注意对输入通道的切换时间。由于在应用中需要在输入端连接一个缓冲放大器，而这个缓冲放大器在输入信号变化时需要一定的时间去响应信号的变化，所以输入通道应该在信号采集完成以后马上被切换，而不是在转换完成以后再切换。也就是说，对送当前转换通道的控制字节时，就要将下一通道的控制信号(、)送入其内部移位寄存器中并打开多路开关的下一通道，以确保缓冲放大器有足够的时间响应信号的变化以准确完成转换。此外，串行选通信号在转换开始时为低，转换结束时变高，因此，可以利用它来对单片机产生中断或采用查询方式判断转换是否完成。片选在这种工作方式下可以不保持为低。转换进行时，可由一个内部寄存器存储转换的数据。转换结束后，可由时钟在任意时刻将数据移出，转换结果的最高位()会在变高后出现在上。图3 下面给出一段完整的转换和控制程序，以供参考： ；片选有效 ， ；控制字节 ，： ， ；送控制字 ， ： ，： ， ： ， ；读结果 ， ， ；存高位 ， ， ；存低位 ， ： 结束语新型芯片与一般芯片相比，由于其仅需单一供电，同时带有内部基准电压且外围电路简单，因而可简化电路设计。同时，基于的串行接口也易于与单片机进行连接，而且占用单片机口线少，因而能用于较为复杂的系统开发。8位串行模数转换器TLC548、TLC549的应用安源中国医学科学院生物医学工程所 1. 概述TLC548，TLC549是美国德州仪器公司生产的8位串行A/D转换器芯片，可与通用微处理器、控制器通过I/O CLOCK、CS、DATA OUT三条口线进行串行接口。具有4MHz片内系统时钟和软、硬件控制电路，转换时间最长17s，TLC548允许的最高转换速率为45 500次/s，TLC549为40 000次/s。总失调误差最大为0.5LSB，典型功耗值为6mW。采用差分参考电压高阻输入，抗干扰，可按比例量程校准转换范围，VREF-接地，VREF+VREF-1V，可用于较小信号的采样。2. 芯片简介2.1 TLC548、TLC549的内部框图和管脚名称TLC548、TLC549的内部框图和引脚名称如图1所示。2.2 极限参数TLC548/549的极限参数如下：电源电压：6.5V；输入电压范围：0.3VVCC0.3V；输出电压范围：0.3VVCC0.3V；峰值输入电流(任一输入端)：10mA；总峰值输入电流(所有输入端)：30mA；工作温度：TLC548C、TLC549C：070 TLC548I、TLC549I：4085 TLC548M、TLC549M：551253. 工作原理TLC548、TLC549均有片内系统时钟，该时钟与I/O CLOCK是独立工作的，无须特殊的速度或相位匹配。其工作时序如图2所示。当CS为高时，数据输出(DATA OUT)端处于高阻状态，此时I/O CLOCK不起作用。这种CS控制作用允许在同时使用多片TLC548、TLC549时，共用I/O CLOCK，以减少多路(片)A/D并用时的I/O控制端口。一组通常的控制时序为：(1)将CS置低。内部电路在测得CS下降沿后，再等待两个内部时钟上升沿和一个下降沿后，然后确认这一变化，最后自动将前一次转换结果的最高位(D7)位输出到DATA OUT端上。(2) 前四个I/O CLOCK周期的下降沿依次移出第2、3、4和第5个位(D6、D5、D4、D3)，片上采样保持电路在第4个I/O CLOCK下降沿开始采样模拟输入。 (3)接下来的3个I/O CLOCK周期的下降沿移出第6、7、8(D2、D1、D0)个转换位，(4)最后，片上采样保持电路在第8个I/O CLOCK周期的下降沿将移出第6、7、8(D2、D1、D0)个转换位。保持功能将持续4个内部时钟周期，然后开始进行32个内部时钟周期的A/D转换。第8个I/O CLOCK后，CS必须为高，或I/O CLOCK保持低电平，这种状态需要维持36个内部系统时钟周期以等待保持和转换工作的完成。如果CS为低时I/O CLOCK上出现一个有效干扰脉冲，则微处理器/控制器将与器件的I/O时序失去同步；若CS为高时出现一次有效低电平，则将使引脚重新初始化，从而脱离原转换过程。在36个内部系统时钟周期结束之前，实施步骤(1)(4)，可重新启动一次新的A/D转换，与此同时，正在进行的转换终止，此时的输出是前一次的转换结果而不是正在进行的转换结果。若要在特定的时刻采样模拟信号，应使第8个I/O CLOCK时钟的下降沿与该时刻对应，因为芯片虽在第4个I/O CLOCK时钟下降沿开始采样，却在第8个I/O CLOCK的下降沿开始保存。4. 应用接口及采样程序TLC548、TLC549可方便地与具有串行外围接口(SPI)的单片机或微处理器配合使用，也可与51系列通用单片机连接使用。与51系列单片机的接口如图3所示。其采样程序框图如图4所示，实际应用程序清单如下：；初始化：SETB P1.2 ；置CS为1。CLR P1.0 ；置I/O CLOCK为零。MOV R0，00H ；移位计数为零。；A/D过程：A/DP： CLR P1.2 NOP；等待1.4s，nop数根据晶振情况选择。NXT： SETB P1.0 MOV C， P1.1RLC ACLR P1.0INC R0CJNE R0，8，NXTMOV R0，00SETB P1.2MOV DTSVRM，A ；DTSVRM：DATA SAVE RAM.RETTLC548/549片型小，采样速度快，功耗低，价格便宜，控制简单。适用于低功耗的袖珍仪器上的单路A/D或多路并联采样。ADI公司发布串行模数转换器（图国模拟器件公司，今日在北京发布10款最新的串行模数转换器(ADC)，它们将超小型封装技术运用到需要高速、高精度的医用仪器、数据采集设备、光通信和汽车系统中。这些和其它宽带、多通道应用都适应通用电子行业减小封装尺寸、不断优化设计的发展趋势。AD727x系列产品采用3 mm 3 mm 超小型TSOT封装，具有3 MSPS吞吐率，8 mW 极低功耗和1 LSB 积分线性误差(INL)。该系列产品具有同类产品2 倍的精度并且减小40% 封装面积，同时提供较快的环路建立时间。AD727x串行ADC系列产品是ADI公司致力于在任何给定的重要设计约束条件下提供业界最高性能数据转换器技术的一个极好的范例，ADI公司的精密数据转换器产品线总监Mike Britchfield说。这一新的AD727x系列产品允许用户实现高数据吞吐率、低功耗和最小封装尺寸的同时无需降低吞吐率或精度。易于升级以提高吞吐率AD727x串行ADC系列产品具有12 bit，10 bit和8 bit分辨率，与ADI公司现有采用SOT