高速多通道同步采样ADC,MAX1312及其应用

【摘要】阐述了MAX1312的特性和工作原理，介绍了MAX1312与通用8位微处理器AT89C52的硬件接口设计以及软件编程方法，最后简述了该模数转换器在多相电机控制中的应用。

【关键词】模数转换器；多通道；同步采样；MAX1312

Abstract：The principle，features and application of multi-channel synchronized sample ADC MAX1312 are introduced，including its hardware interface design and software programming method between MAX1312 and Micro-processor.AT89C52.At last，it describes the application of MAX1312 in controlling the polyphase electric engine.

Keywords：A/D converter；multi-channel；synchronized sample；MAX1312

1.引言

在电子测量技术中，必须把模拟信号转换为数字信号，才能够用计算机系统进行处理，模/数转换的速度和精度一直是测量的关键。但是高速和高精确度的转换器仍然难以满足某些特殊场合的要求，例如：在多相电机控制、多相电源监控等场合，要求对多路数据进行精确同步的采集，一般的单通道A/D和多通道轮流采集A/D都不满足这种场合的要求。MAX1312是美国美信公司（MAXIM）新推出的一种高速同步采样模数转换器，它具有12位的精度，8路模拟信号输入，单电源+5V供电，完成8个通道的转换时间仅需要1.96us，对外提供了一个12位20MHZ并行数字接口，可以很方便与各种微处理器相连接，使用十分方便[1]。

2.MAX1312简介

MAX1312是美国美信公司（MAXIM）新推出的多通道同步采样、并行输出模数转换器。采用TQFP48封装，引脚形式如图1所示。

其中：

CH0-CH7为八路模拟信号的输入端；

D0-D7为八位双向数据总线，用来写入控制字或读出低8位转换结果；

D8-D11为高四位数据输出口，当RD=1或CS=1时为高阻状态；

CS为片选引脚低电平有效，低电平将激活数字接口，保持高电平时，数字总线为高阻状态；

WR为写输入引脚，将该引脚置低电平启动一次写指令，用D0-D7进行通道配置；

RD读输入，将该引脚置低电平启动一次并行数据总线读指令；

CONVST为启动转换输入，将CONVST驱动为高电平来启动转换过程，模拟输入在其上升沿采样；

EOC为转换结束输出，EOC跳变到低电平表明一次转换的结束，在下一个CLK上升沿或CONVST下降沿时跳变回高电平；

EOLC为最后转换结束输出，EOLC跳变到低电平表明最后一个通道的转换结束；

当CONVST跳变到低电平为下一次转换时序做准备时，跳变到高电平；

INTCLK/EXTCLK为时钟选择输入端；

CLK外部时钟输入。

MAX1312只需要单电源+5V供电，通道的选择可由写入不同的控制字来实现，每个输入通道模拟电平的范围为：±10V。使用户非常方便的与输出信号为4-20mA的非电量变送器或±12V和±5V供电的传感器接口。该芯片提供数据读取并行接口方式，可与任何标准的微处理器简便联结，因此广泛应用于工业控制，数据采集，电机调速等系统中。

其主要特性如下：

（1）单电源供电：+5V，使用十分方便；

（2）分辨率：12位；

（3）8个模拟输入通道，可同时采样；

（4）转换时间：单通道0.72us，双通道0.9us，四通道1.26us，八通道1.98us；

（5）内部时钟模式或外部时钟模式；

（6）内部4.096V电压源或外接基准电压源；

（7）通道关断模式低功耗省电模式；

（8）48脚TQFP封装（7mm×7mm）。

3.工作原理

MAX1312有单极性和双极性两种工作模式，图1也给出了双极性模式下的工作电路。图1中：REF+正基准旁路，用一个0.1uF电容将其旁路到AGND，同时用一个2.2uF电容和一个0.1uF电容将其旁路到REF-。COM基准公共端旁路，用一个2.2uF电容和一个0.1uF电容将其旁路到AGND。REF-负基准旁路，用一个0.1uF电容将其旁路到AGND，同时用一个2.2uF电容和一个0.1uF电容将其旁路到REF+。应将所有的DGND引脚连接在一起。将所有DVDD引脚连在一起，并用一个0.1uF电容将其旁路到DGND。SHDN关断输入，SHDN驱动为高电平时将器件置为关断模式，标准工作模式下SHDN与DGND连接。CHSHDN低电平有效，模拟输入通道关断控制输入端，低电平时配置寄存器中未被选择进行转换的模拟输入通道被关断，高电平时，所有通道都有效，无论是否被配置。

上电复位时，所有通道都被选中进行转换，加上电源后，允许经过1MS的唤醒时间，然后启动一次虚拟转换，并放弃转换结果，在虚拟转换完成后，才可以进行精确的转换。

MAX1312的工作方式因用户所选择的时钟模式和基准电源模式的不同而有所不同。有两种时钟模式可供选择：即内部时钟模式和外部时钟模式。内部时钟模式将微处理器从提供ADC转换时钟的负担中解放出来，为实现内部时钟模式，将INTCLK/EXTCLK与AVDD相连，CLK与DGND相连。外部时钟将INTCLK/EXTCLK与AGND相连，外部时钟源连接到CLK，最高可达20MHZ，不能低于100KHZ否则线性度不能保证。基准电源的提供也分为两种方式。内部基准模式下，用一个不低于0.01uF的电容将REFMS/REF节点旁路到AGND。外部模式下，用+2V至+3V的外部电压驱动REFMS/REF节点。

工作时，输入通道可以通过对配置寄存器的写操作来进行控制。8位配置寄存器D0-D7分别对应相应的输入通道CH0-CH7，把任位置1将激活相应的输入通道，上电时默认8个通道都处于激活状态。写配置寄存器时，将CS和WR设为低电平，然后将D0-D7位装载到并行总线，再将WR置为高电平，数据在上升沿锁存，在转换时序的任意时刻都能够对其进行写操作。写操作时序如图2所示。

所有有效通道的同时采样都保留了相关的相位信息，非常适合电机控制与电源监视。为保留多通道的相位信息，所有的输入通道都有专用的T/H放大器，输入T/H电路受CONVST输入的控制，当CONVST为低电平时，T/H电路跟随模拟输入，当其为高电平时T/H电路将保持模拟输入。上升沿是模拟输入的采样时间。为保证达到12位的精度，CONVST的低电平至少保持100ns。虽然更长的采样时间可以是转换输出更接近模拟输入，但是采样时间的最大值应限制在1ms以内，若转换时间超过1ms，输入电路中电容器的电压跌落回使转换精度得不到保证。

内部时钟模式下启动一次转换，需在采样时间内将CONVST置低电平。当CONVST为低电平时，T/H捕获信号，在上升沿转换开始。一旦能够读取转换结果，转换结束信号EOC将给出一个低电平脉冲。当最后一个通道的转换结果而已被读取时，EOLC跳变为低电平。

因此MAX1312的转换结果可以通过两种方式进行读取。

1）转换周期中启动读操作，时序如图3所示

CS可以一直保持低电平或仅在RD周期里保持低电平，也可以与RD信号相同。内部时钟模式下，EOC 900ns内跳变到低电平，外部时钟模式下13个CLK周期的上升沿跳变到低电平。为了读取转换结果，将CS和RD置低电平，使数据锁存到并行数据输出总线。然后将RD置为高电平释放数字总线，内部时钟模式下，下一个EOC下降沿在225ns以内出现。外部时钟模式下，在三个CLK周期内出现，当最终转换结果可以读取时EOLC跳变到低电平。

2）转换结束后读取，时序如图4所示

CS，RD低电平，RD连续的低电平脉冲将转换结果顺次放到总线上，时序中最后一个转换结果读取后，额外的读脉冲可以使指针重新指向第一个转换结果。

4.MAX1312与8位微处理器的接口电路设计

在多相电机的控制中通常需要对每一相的数据进行同步采集，一般解决的方法有两种：一种是通过微处理器去控制多个采样保持器进行多相数据的同步采样；另一种是多相数据轮流采集，然后通过一定的软件方法进行修正。采用MAX1312设计多相电机控制电路，不仅可以降低硬件的复杂度（不用外加采样保持器）和成本，更避免了用微处理器去完成复杂的修正算法。以下给出了MAX1312和通用8位微处理器AT89C52之间的硬件接口电路设计。由于MAX1312芯片的数据输出没有设置可控制的门电路，12位数据一次同时出现在数据总线上，因此不能和只有8位数据总线的微处理器AT89C52直接相连。为此，在电路中设置8155的并行I/O通道作为MAX1312的输出数据传送通道，8155的PA口连接MAX1312的低8位数据输出，PB口低四位连接MAX1312的高4位数据输出。设计采用8路通道转换完后读取转换结果。

用AT89C52的P2.0控制MAX1312的片选输入，P2.1启动A/D转换，P2.2转换结果读控制线。下面给出AD部分示例程序：

MOV R0， #20H ；存放数据首地址

MOV R1， #08H ；采集通道数

MOV DPTR，#7F00H ；送控制字0C到8155

MOV A， #0CH

MOV @DPTR，A ；使PA，PB，为基本输入方式

CLR P2.0 ；使能A/D

SETB P2.2

SETB P2.1

CLR P2.1 ；启动A/D转换

DELAY

SETB P2.1

MOV DPTR， #7F02H

MOVX A， @DPTR

JNB ACC.7， ADEND ；转换结束？读取结果

ADEND： CLR P2.2 ；读使能

MOV DPTR， #7F01H

MOVX A， @DPTR ；读取低8位转换结果

MOV @R0， A ；保存到20H

INC DPTR

INC R0

MOVX A， @DPTR ；读取转换结果高4位

MOV @R0， A ；保存到21H

SETB P2.2

DJNZ R1， ADEND

……转数据处理程序

5.结语

实验结果表明，以MAX1312多通道高速同步采样ADC和AT89C52微处理器为核心的控制模块可以实现对多相电机的各相数据的实时检测，是实现多相电机控制的一种简单而实用的方法。

参考文献

[1]MAXIM产品资料全集[Z].（美国）美信集成产品公司， 2004.

[2]李华等.MCS-51系列单片机应用接口技术[M].北京航空航天大学出版社，1997，8.

[3]陈锟，危立辉.基于单片机的直流电机调速器控制电路[J].中南民族大学学报（自然科学版）2003，9：43-45.

作者简介：朱红育（1979—），男，陕西渭南人，硕士，工程师，现供职于西安科酝警通工贸有限公司，主要从事电子技术及计算机硬件的研究工作。