高精度串行模数转换器MAX1032的应用

1 概述

MAX1032是Maxim公司最新推出的一种多通道、多量程、低功耗、分辨率为14位的串行输出模数转换器。该器件具有转换速率高、功耗低、接口方便等优点，特别适合在航空电子、数据采集、工业控制、多媒体、机器人等领域的应用。

2 MAX1032的特性和结构

2.1 MAX1032的特性

(1)输入通道：八个单端或四个差分模拟输入；

(2)输入范围：由软件编程确定（每通道独立）, 单端输入范围为0V到+6V、 -6V到0V、 0V到+12V、-12V到0V、 ±3V、±6V及± 12V,；差分输入范围为±6V、±12V及±24V ；

(3)接口特性：数据和信号接口电平与SPITM/QSPITM/MICROWIRETM兼容，可以和供电电压为2.7V至5.25V的计算机系统直接连接；

(4)采样速率: 115ksps；

(5)基准电压：可采用内部基准，也可采用外部基准，基准电压范围3.800V～4.136V。

2.2 MAX1032的结构

MAX1032内置14位逐次逼近寄存器和输入跟踪/保持电路，实现将模拟信号转换成14位数字信号，数据输出方式为串行。其内部结构和引脚排列分别如图1、图2所示。

（1）CH0-CH7：模拟信号输入端。

（2）CS：片选输入，低电平有效。只有置低时，数据才可同步输入（DIN）或输出（DOUT）。

（3）DIN：串行数据输入。在CS为低时，DIN上的数据在SCLK的上升沿时刻输入片内。

（4）SSTRB：串行触发输出。在内部时钟模式下，SSTRB的上升沿跳变表明转换完成；在外部时钟模式下，SSTRB一直为低电平。

（5）SCLK：串行时钟输入。

（6）DOUT：串行数据输出。在CS为低时，DOUT上的数据在SCLK的下降沿时刻输出；CS置高时，DOUT为高阻状态。

（7）REF：内部基准电压输出或外部基准电压输入。在外部参考电压模式下，REF端可连接由外部电路提供的3.800V-4.0136V的基准电压；在内部参考电压模式下，REF端与AGND1端之间必须连接容量为1uF的滤波电容。

图1 图1 MAX1032的内部结构 图2 MAX1032的引脚

3 工作原理

在进行A/D转换之前，要确认被转换的模拟信号是否满足模数转换器只有17KΩ输入阻抗的要求，然后向MAX1032依次送入信号输入控制字和工作模式控制字。

3．1 信号输入控制字

信号输入控制字用来选择被转换的模拟通道、转换方式和转换范围，其格式如表1所示。

表1 信号输入控制字

3.2 工作模式控制字

MAX1032有外部时钟、外部采样、内部时钟等三种工作模式，通过表2所示的工作模式控制字进行选择。

（1） 外部时钟模式。在此模式下能达到最快的转换速率。SCLK控制模拟信号的采集及转换，这样在模拟信号的获取时，更加便于精度的控制。

（2） 外部采样模式。在此模式下以最慢的转换速率达到最大限度的吞吐量。其主要特点是由SCLK控制模拟信号的采集、内部时钟控制模拟信号的转换。在前15个时钟周期内CS必须保持低电平，然后发生跳变并保持高电平。为了得到最佳的转换效果，应将DIN和SCLK置空闲位。

（3） 内部时钟模式。在此模式下，内部时钟控制模拟信号的采集和转换，内部时钟在SCLK的第8个周期的下降沿后的100ns-400ns时间内启动转换，其速率大约为4.5MHz。转换结束后,SSTRB置位高电平、CS置位低电平导出转换结果。

表2 工作模式控制字

4 应用举例

本文以MAX1032在DS87C520中的应用为例，介绍MAX1032与CPU的接口方法与软件设
计。

DS87C520介绍

达拉斯公司生产的DS87C520是一种新型高速全静态CMOS单片机，其引脚和指令集与8051单片机完全兼容。DS87C520的处理器核心经过重新设计，一个机器周期只占4个时钟周期。实际应用表明，若时钟频率相同，DS87C520执行相同指令的速度是8051的1.5到3倍，加上DS87C520最高时钟频率为33MHz,而8051仅为12MHz，因此DS87C520为一款高速单片机，可以满足高速数据传输过程中的速率要求。此外，DS87C520还有两个全双工串行口、13个中断源、16KB片内 EPROM、1KB片内SRAM、双数据指针、电源电压下降自动复位、可编程看门狗定时器等丰富的硬件功能，使其具有了广阔的应用领域与前景。

MAX1032与DS87C520的连接

图3是MAX1032与DS87C520的应用连接。在本例中，我们采取的是内部时钟模式，工作模式控制字为10101000B。为了提高计算机系统的抗干扰能力，在MAX1032与DS87C520之间增加了高速光电耦合器6N136，以隔离现场干扰对计算机的影响。对MAX1032的控制是通过DS87C520的P1口进行的。其中,SSTRB反映了A／D转换的工作状态，可以用查询方式或中断方式监测该信号，以便及时读取正确的转换结果。

程序采用C51语言编写，并在KEILC51 V6．20环境下通过了调试。程序的编写思路是：定义DS87C520的P1.0为MAX1032的片选信号CS，P1.1为数据输入DIN,P1.2为数据输出DOUT，ALE提供M