串行A/D转换器MAX1148的基本知识点速看

　　1 概述
　　模/数转换器（ADC）是现代测控中非常重要的环节。它有并行和串行两种数据输出形式。并行ADC虽然数据传输速度快，但有引脚多、体积大、占用微处理器接口多的缺点；而串行ADC的传输速率目前已经可以做得很高，并且具有体积小、功耗低、占用微处理器接口少的优点。因此，串行ADC的应用越来越广泛。
　　MAXll48是Maxim公司最新推出的一种真差分、8通道、14位逐次逼近、串行输出模／数转换器。处理器接口多的缺点；而串行ADC的传输速率目前 该器件具有转换速率高、功耗低、接口方便的优点，特别适用于工业过程控制、高精度数据采集、便携式数字仪表、医疗仪器等领域。
　　2 MAX1148的特点和结构
　　2.1 MAX1148的特点
　　
　　● 8路单端或4路差分输入（内置多路模拟开关，由软件设置）。
　　● 单极性模式时输出为二进制模式；
　　双极性模式时输出为二的补码格式，1LSB=（VREF/2N）；
　　数据在SCLK下降沿同步输出，MSB先出。
　　● 5V±5%单电源。
　　● 内部基准电压+4.096V或外接基准。
　　● 采样速率：（116ksps）；
　　120Aμ（10ksps）；
　　12Aμ（1ksps）；
　　300Aμ（关断模式）。
　　● 内置T/H（跟踪/保持）电路。
　　● 内部时钟或外部串行时钟（频率范围为0.1MHz“2.1MHz），可通过设置控制字中的PD1、PD0位进行选择。
　　● 提供一个硬关断（将SHDN引脚置低）和两个软关断（通过编程设置控制字中的PD1、PD0位来实现）模式。
　　● 与SPI/QSPI/MICROWIRE接口兼容。
　　2.2 MAX1148的结构
　　MAX1148采用14位逐次逼近寄存器（SAR）和输入跟踪/保持（T/H）电路，实现将模拟信号转换成14位数字信号，并用串行方式输出的功能，其内部结构如图1所示。
　　
　　MAX1148采用20引脚的功能如下：
　　● CH0-CH7（1-8）：模拟输入端。
　　● COM（9）：公共输入端。单端模式下为模拟负输入。单极性和双极性模式下，当转换器输入不为0，而希望转换结果为0时，需在该端输入相应模拟电压。
　　● SHDN（10）：关断输入，低电平有效。当SHDN置低时，转换器进入硬关断模式，转换立即中止。
　　● REF（11）：内部基准电压输出或外部基准电压输入，它是模数转换的基准电压。该电压决定了ADC输入范围和满量程输出值。
　　MAX1148含有一个内部1.25V带隙基准，通过一个2kΩ电阻接至基准缓冲器并引至REFADJ引脚。由于MAX1148的基准缓冲器具有3.277V/V的增益，所以基准缓冲器输出引脚 REF直的电压为4.096V，作为内部基准电压使用。
　　如果使用外部基准电压，则有两种使用方式：
　　（1）禁止内部基准缓冲（将REFADJ端与VDD端直接相连），将外部基准电压（1.5V至VDD+50mV，输出电流大于210μA）接至REF端即可（如图3所示）。
　　（2）将外部基准电压连至REFADJ端，通过内部基准缓冲器，在REF引脚得到幅度为外部基准电压乘以基准缓冲器增益3.277后的SAR ADC基准电压（如图4所示）需要注意的是，在REF引测得的基准电压值必须在1．5V至VDD+50mV之间。
　　●REFADJ（12）：带隙基准输出和基准缓冲器输入。REFADJ连至VDD时禁止内部带隙基准和基准缓冲放大器，其用法如前所述。
　　●AGND（13）：模拟地。
　　●DGND（14）：数字地。
　　●DOIJT（15）：串行数据输出。CS置低时，数据在SCLK下降沿同步输出。CS置高时，DOUT为高阻态。
　　●SsTRB（16）：串行触发输出，反映了ADC转换状态。
　　在内部时钟模式下，ADC转换开始时，SSTRB由高变低，转换完成后，SSTRB由低变高并保持两个SCLK时钟周期为高电平。从第三个SCLK时钟周期开始，DOUT输出转换结果。
　　在外部时钟模式下，ADC转换开始时，SSTRB由低变高并保持两个SCLK时钟周期的高电平。从第三个SCLK时钟周期开始，在进行ADC转换的同时，DOUT输出转换结果。置高时，SSTRB为高阻。
　　●DIN（17）：串行数据输入，用于输入控制字。CS置低时，数据在SCIK上升沿同步输入。CS置高时，DIN为高阻态。
　　●CS（18）：片选输入，低电平有效。只有CS置低时，数据才可同步输入（DIN）或输出（DOUT）。
　　●SCLK（19）：串行时钟输入，是数据同步输入或输出的移位信号。在外部时钟模式下，无论是SCLK还是ADC转换时钟．都决定了转换速率（SCLK的占空比必须在40％至60％之间）。
　　●VDD（20）：电源输入。用0.1μF电容器接至AGND。
　　3 工作原理
　　3.1 控制字格式
　　在启动MAXll48进行A／D转换之前．必须先由SCLK将控制字从DIN端送入其内部输入移位寄存器，以决定其工作模式并启动转换。
　　
　　3.2 时钟模式
　　MAXll48可用外部串行时钟或内部时钟两种模式来完成逐次逼近转换。但是，不管哪种模式，数据的移人和移出都要由外部时钟SCLK来完成。
　　在外部时钟模式下，通过外部时钟SCLK控制数据的移入和移出，同时SCLK还是模数转换时钟。在控制字的最后一位移人后，SSTRB由低变高并在保持两个SCLK时钟周期的高电平后变低。其后14个SCLK的每一个下降沿决定逐次逼近转换结果每位的值，并在DOUT端输出。需要注意的是，每次模数转换都必须在较短时间内完成，以避免采样保持电容器上的压降对转换结果带来的影响。如果外部串行时钟SCLK的频率低于100kHz。或者由于串行时钟的不连续使得转换时间超过140μs，建议使用内部时钟模式。
　　在内部时钟模式时，MAXll48自身产生转换时钟，并允许微处理器以小于2.1MHz的时钟频率读取转换结果。在控制字的最后一位移入后，SSTRB由高变低，待转换完成后由低变高，完成一次转换的时间最长为8.0μs。在整个转换期间，为了得到最佳的噪声性能，SCLK应保持低电平。在SSTRB变为高电平之后，从第二个SCLK开始的每一个SCLK下降沿，在DOUT端由高到低依次输出转换结果的各位的值。
　　3.3 A／D转换过程
　　MAXll48在时钟脉冲的作用下进行逐次逼近式A／D转换，一般每24个时钟周期完成一次转换和读出操作。内部时钟模式与外部时钟模式的时序如图5、图6所示。
　　A／D转换速度要求不是很高时，常选用内部时钟模式。现以内部时钟模式为例说明MAXll48的工作过程：
　　首先根据系统要求确定MAXll48的控制字，例如，需转换0通道的单端单极性模拟量，控制字为8EH。然后向MAXll48输入控制字并读取转换结果，其步骤为：
　　（1）使片选端CS变为低电平并保持不变，此时DOUT处于低电平，SSTRB处于高电平；
　　（2）在DIN输入端由高到低依次输入控制字各位的值。
　　具体做法是：首先使DIN端为高电平（输入“l”），在第一个SCLK的上升沿将DIN的第一位数据“l”移入内部移位寄存器中。即移入START开始位：以此类推，在后面7个SCIJK的上升沿分别将输入DIN端的控制字其他位移入内部移位寄存器中；
　　（3）当控制字的最后一位数据被移入之后（第8个SCLK的下降沿），转换开始，SSTRB由高变低；
　　（4）经tcoNv之后，A／D转换结束，SSTRB由低变高。
　　（5）在转换结束后的任何时刻，通过SCLK时钟将移位寄存器中的转换结果（14位二进制数）由DOUT端同步移出。具体做法是：从SSTRB置高后的第二个SCLK时钟的下降沿开始，利用SCLK时钟逐一将转换后的结果从DOUT端移出，最高有效位在前。
　　
　　4 MAXll48的应用举例
　　MAXll48通过DIN、DOUT、SCLK、SSTRB和CS5个信号与微处理器连接，其中，SSTRB是反映ADC转换状态的标志．可以用查询方式和中断方式监视此信号，以决定何时读取转换结果。如果是外部时钟模式或内部时钟模式中的软件延时，此信号可以空置不用。MAXll48与8位微处理器的典型连接如图7所示。
　　下面给出内部时钟模式下完整的转换和控制程序（转换结果在30H和31H中），以供参考：
　　START：CLR P1-3 ：SCLK为低电平
　　CLR P1.0 ：片选有效
　　MOV A，#lXXXXXl0B ：控制字送A
　　MOV R1，#08H ：输入控制字位数
　　LPl：MOV C，ACC.7 ：取控制字并送至DIN端口
　　MOV P1.1，C
　　SETB P1.3 ；DIN端口数据移入内部移
　　位寄存器
　　CLR P1.3
　　RL A ：控制字移位
　　DJNZ R1，LPl
　　LP2：JNB P1.4，LP2 ；检测SSTRB，等待转换结束
　　SETB P1.3
　　CLR P1.3
　　CLR A
　　MOV R1，#06H ；读入高6位数据
　　LP3：RL A
　　SETB P1.3
　　CLR P1.3
　　MOV C，P1.2
　　MOV ACC.0，C
　　DJNZ R1，LP3
　　MOV 30H，A
　　MOV R1，#08H ；读入低8位数据
　　LP4：RL A
　　SETB P1.3
　　CLR P1.3
　　MOV C，P1.2
　　MOV ACC.0，C
　　DJNZ R1，LP4
　　MOV 31H，A
　　STAY：SJMP STAY
　　END
　　外部时钟模式编程与内部时钟模式基本相似， 只需把控制字改为#1XXXXXllB，并删除上述程序中标号为U）2的程序行即可。
　　
　　5 结束语
　　随着电子技术的不断发展，各种串行接口电路的应用越来越多．如串行A／D、D／A及各种接口电路等。与一般ADC器件相比，MAXll48具有单电源供电、自带内部基准电压、转换精度高、外围电路简单、占用微处理器口线少、易于连接等优点，适用于较复杂的测控系统。