新型模数转换器MAX195及其在单片机系统中的应用
引言
在测控系统中，模数转换（ADC）是非常重要的环节，尤其在以单片机或计算机为核心的系统中更是不可缺少。常用的模数转换器有两种：串行模数转换器和并行模数转换器，并行模数转换器虽然传输速率可以很高，但它的引脚多、体积大、占用单片机的口线多，常常需要对单片机的I/O口进行扩展；而串行模数转换器随着科技的发展其传输速率也可以做得很高，加上它体积小、占用单片机的口线少，因此串行模数转换器的应用越来越广泛。
本文就介绍了一种串行模数转换器MAX195，它是美国Maxim公司新推出的16位逐次逼近式A/D转换器，具有转换速度快、精度高、功耗低等特点，是一种新型A/D转换器。其主要性能如下：
- 16位转换精度，全温度范围内无误码
- 90dB信噪比
- 转换时间为9.4μS
- 关闭模式下最大耗电仅为10μA
- 内置采样、保持电路
- 三态串行数据输出
- 转换信号输入范围：0~VREF单极输入和-VREF-VREF双极输入
- 有16脚DIP、SO和陶瓷SB三种封装形式
MAX195适用于便携式仪器、音频信号处理、工业控制与自动化装置、数据信号处理、振动分析、多路转换测量和各类模拟信号的采集等。
串行模数转换器MAX195介绍
图1展示了MAX195的管脚分布，其管脚的主要功能如下所述：
BP/UP/SHDN：双极/单极/关闭三态输入选择端。接地时为关闭模式，此时只有10uA维持电流；接+5V时为单极性输入（0-VREF）；悬空时为双极性输入（-VREF-VREF）。
- CLK：转换时钟（125Hz-1.7MHz，占空比为25%-75%）输入端
- SCLK：串行时钟输入端，用在两次模数转换之间输出数据，最大可达5MHz
- VDDD：+5V数字电路电源
- DGND：数字地
- EOC：转换结束信号输出端，低电平有效
- CS：片选端，低电平有效，高电平时，输出DOUT为高阻态
- CONV：转换开始信号输入端，低电平有效，在CONV下降沿出现后模数转换开始
- RESET：复位信号输入端，低电平有效。当RESET变低时，MAX195内部逻辑电路复位并停止工作，当RESET的上升沿出现后，MAX195恢复正常工作
- VSSD：-5V数字电路电源
- REF：参考电压输入端，0-5V
- AIN：模拟信号输入端，0-VREF或±VREF
- AGND：模拟地
- VSSA：-5V模拟电路电源
- VDDA：+5V模拟电路电源
MAX195内有一个逐次逼近寄存器（SAR），用以将输入的模拟信号转变为16位二进制数码，然后以串行方式输出。数据可以在转换期间以CLK时钟频率（最大1.7MHz）输出，也可在模数转换结束后以SCLK时钟频率输出，此时最大输出速率可达Mbps，输出时高位（MSB）在前。
MAX195在上电时自动校准，校准要14000个时钟周期，在最高时钟频率（CLK=1.7MHz）下为8.2ms。当RESET电平由低升高时，MAX195启动一次校准。
在使用中应确保模数转换开始信号CONV在转换时钟CLK为低时出现，并且至少保持40ns的时间。当CONV变低时，开始模数转换。转换过程必须由转换时钟CLK同步，两次转换之间至少应有三个转换时钟CLK的等待时间。当MAX195模数转换结束时，经过一个转换时钟CLK后转换结束信号EOC变低。为使MAX195能持续工作下去，两次模数转换之间应由CONV低脉冲分开，即通过EOC和CONV信号的交替出现使模数转换连续进行下去。MAX195在单片机系统中的应用
由于MAX195的精度和转换速率都很高，因此应用是很广泛的。下面就介绍一个它在单片机系统中的应用实例，该实例完成了MAX195与8031单片机的接口，能实现高精度的模数转换，而且转换速率也比较高。
硬件电路设计
图2为MAX195与单片机8031的接口电路，其中单片机采用中断方式接受转换结果。 在图2的接口电路中，模数转换完全由单片机控制。单片机的P2.7口线接MAX195的转换开
始端CONV，使得单片机能够通过发低脉冲信号控制模数转换的开始。而MAX195的转换结束端EOC则接单片机的外部中断INT0，用于触发接受转换结果的中断服务程序。转换结果的输出是在一次转换结束下次转换之前进行的。
单片机8031通过串行口RXD、TXD接受模数转换的结果，其串行口工作在模式0状态，作同步移位寄存器使用。串行口的接线如图2所示，RXD接DOUT，用于接受模数转换的结果；TXD接SCLK，用于提供串行移位时钟。
另外，使用时应注意两点：一是MAX195的参考电压应保持在0到5V之间，不能超过VDDA+0.3V，且当参考电压的噪声在单极性输入大于40mV、双极性输入大于80mV时，应考虑其对转换精度的影响；二是应保证CONV在CLK为低时出现，这可以通过将外部触发CONV的信号与CLK相或后再接到MAX195的转换开始端CONV上（如图2所示）来实现。
软件设计
在软件设计中，考虑到MAX195的输出是高位在前，而8031的串行接受却是低位在前，因此，对8031接收到的数据进行了调整，将每个字节按位颠倒过来，如下面程序中的数据调整子程序UPSD所示。
接收程序中的中断方式，将模数转换结果（16个二进制位）的高位字节放在0050H，低位字节放在0049H。程序清单如下：
结束语
实践证明，MAX195的性能是很不错的，它不但体积小、功耗低，而且转换速率快、精度高，完全能满足对转换速率要求不是很高的高精度模数转换的需要。