12位A/D转换器MAX191及其应用

引言
在电子信息与自动化领域，为了实现计算机自动测量与控制，大量采用了A/D转换技术。随着大规模集成电路芯片技术的发展，位数更多、速度更快、精度更高、使用更方便的集成电路芯片不断出现。下面介绍笔者试用并取得很好效果的一种新型A/D转换芯片—MAX191。

MAX191简介
MAX191是MAXIM公司新推出的一种CMOS型模数转换器(ADC)，其内部结构见图1。主要特性如下：
＊12位分辨率，1/2LSB线性度；
＊差分输入；
＊内置采样/保持器(T/H)、4.096V电压基准源和时钟电路；
＊A/D转换时间为7.5ms，采样保持时间为2ms，采样速度达100ksps；
＊可采用单电源+5V或双电源±5V供电；
＊功耗低，转换期间耗电3mA，节电模式下仅为20mA；
＊24脚窄DIP和宽SO两种封装形式。
MAX191适用的主要应用领域包括高精度过程控制、数据采集卡、自动测量系统以及通信等。

MAX191在MCS-51单片机系统中的应用设计
硬件接口
MAX191可以串行或8位并行接口方式与微处理器接口，串行接口标准与SPITM、QSPITM和MICROWIRETM兼容。输出方式通过第22脚PAR设置。当PAR=1时，选用并行输出模式；为0时，选用串行输出模式。图2是MAX191与AT89C52单片机以并行输出模式接口的一种硬件连接图，MAX191的8位数据总线D0-D7(其中D0-D3与D8-D11分时复用)分别与AT89C52的P1.0-P1.7相连，单片机从P1口读取转换结果。本电路中，采用外部时钟模式，MAX191的1M时钟由外部的8MHz晶振分频得到，使用者也可通过在CLK和DGND脚间并联一个120pF电容来设置选用内部时钟。当在VREF和AGND之间并联一个4.7mF和一个0.1mF电容时，就可获得4.096V的内部电压基准。图2中REFADJ接高电平，采用的是5V的外部电压基准。MAX191第8脚BIP用于设置输入方式， BIP=0，表示单极性模拟输入方式，在图2中BIP=1，选择双极性模拟输入方式。综上可得出A/D转换的电压范围为-2.5V-+2.5V。图2中，信号采用单端输入方式，AIN-接模拟地AGND。另外，为了防止从AIN+输入的信号损害ADC，应在信号输入端加双向电压限幅电路以保护MAX191。
软件设计
图2中MAX191的工作方式有2种：低速存储器模式和ROM模式，ROM模式又有2种不同的工作时序可供选择，使用者只需根据需要选用一种工作方式即可。图3为MAX191在低速存储器模式下工作时的信号时序图，下面结合该图详细介绍A/D转换软件的设计。
在低速存储器模式下，MAX191就像微控制器的一个普通低速外设或存储器。启动A/D转换和读取数据都是通过3根控制信号线HBEN、和实现，在HBEN为低时，、下降沿，T/H进入保持状态，A/D转换开始。在转换过程中，为低，转换时间tconv典型值为7.5ms，转换结束后，变高，低8位数据送上8位数据总线D7-D0。AT89C52读完低8位数据后，需将HBEN置为高电平，并把、信号由高置低，读取高4位数据。注意，这一操作并不能启动新的转换，因为当HBEN为高时，MAX191模数转换功能失效。
采用Agilent54622D混合信号示波器对数据采集过程中各信号波形进行实测，结果完全达到设计要求，MAX191正常工作。

应用实例
笔者为重庆机床厂研制开发的FMT-V45齿形误差测量分析系统的主要功能是检测齿轮表面的渐开线轨迹，并由此判断齿轮是否合格。系统框图如图4所示。测量时与被测齿轮同轴安装的基圆盘与导板作无滑动滚动，当齿轮转过4角，电感测头沿齿轮基圆的切向方向移动距离L与齿轮基圆圆周转过的弧长S相等，测头走出一条理论渐开线轨迹。因测头与齿表面接触，若齿形有误差，将通过电感量的变化而反映出来，再通过圆光栅将导板移动的距离L反映出来。
在测量过程中，由光栅发出的脉冲信号触发AT89C52中断，单片机每响应一次中断，启动MAX191进行A/D转换，采集数据，并通过RS-232接口把采集到的数据发送给PC机进行处理，计算机软件采用Visual Basic编写。

结语
MAX191与微处理器接口简单，使用方便、灵活，12位分辨率，同时它有很高的转换速度，能满足齿形误差测量的要求，应用效果满意。■

参考文献：
1.美信集成产品资料全集5.0版(CD-ROM)，2001.
2.胡汉才，单片机原理及其接口技术，北京：清华大学出版社，1998.


图1 MAX191内部结构图

图2 MAX191与AT89C52单片机的接口电路

图3 低速存储器模式时序图

图4 FMT-V45齿形误差测量分析系统框图