用串行端口控制ADC

工程师经常需要连接PC对电路进行简单的测量。当没有资金购买一台用于低速信号的数字化仪时，可以用两只IC，自己做一个连接在PC的串口上。数字化仪的吞吐率主要取决于PC操作系统的性能、处理器速度和内存。我用一台2.4 GHz的Pentium PC实现了250采样/秒，该PC有512M RAM，运行Windows XP。更快的处理器能提供更高的采样速率。计算1秒钟的转换数就可以计算出吞吐率。

电路如图1所示，使用一只MAX232 RS-232接口IC和MCP3201 12位逐次逼近型ADC（模数转换器）。使用C#编写的应用程序，可以将数据输入运行Windows XP或Vista的PC中。源码可从本文的在线版下载，地址为：www.tmworld.com/2008_10。



MCP3201使用RTS（准备发送）、CTS（清除发送）和DTR（数据终端就绪）串口线与PC通信。通过其标准SPI（串行外设接口）端口与MAX232通信。模拟信号连接到MCP3201的IN+引脚，MAX232将RS-232信号电平转换为TTL兼容电平。

来自DOUT引脚的数字输出流通过MAX232到达IC的CTS线串行点。RTS线为ADC的CLK（时钟）引脚提供时钟脉冲。在CLK信号的下降沿上，每个独立位出现于DOUT引脚。因此，软件应用必须在时钟脉冲的上升沿锁存该位。最后，DTR线产生CS（片选）信号来构成转换过程。转换过程中CS位必须为低。图2表示过程的时序图。

图2中，有效数据位（最高位在先）在第三个CLK脉冲为低后出现在DOUT线上。因此，必须在读取数据后，用软件舍弃前三位。



软件应用采用免费的微软Visual C# 2008 Express Edition编写。C#中内置了SerialPort元件，提供对端口的全面控制。该软件是作为一个简单的控制台应用执行的。使用该代码，不需要设备驱动就能使用串行端口。

工程师可以方便地重复或修改源码，以适应自己的应用。例如，可以通过因特网将ADC的数据发送到其他位置，或将数据提供给Excel或其他应用进行分析。

另外，也可以改善图1中的硬件设计。例如，在ADC前面放一个低通滤波器可以降低噪声，从而也减少了由于混叠而产生的错误。在MAX232的VCC引脚上一定要用一只旁路电容器。在尽可能靠近元件引脚处放一只1 μF电容器（推荐值）。

类似的逐次逼近型ADC可以代替MCP3201，ADC也要有SPI兼容接口。例如，可以采用LinearTechnology公司的LTC1286或LTC1297。如果打算采用不同的ADC，就需要作一些硬件修改，因此要仔细阅读厂家的数据表。除了MAX232线路驱动器以外，还可以使用类似的元件，如MAX225或MAX233。这些元件不需要任何外接元件，因此简化了设计。

如果采用其他硬件，可能还需要应用源码。例如，可能需要根据所选元件的时序图，修改源码中的for循环语句（int i = 0; i < 15; i++）。