摘 要： 通過對MAXI94" title="MAXI94">MAXI94進行簡要介紹， 給出了MAX194與32位單片機LPC2104" title="LPC2104">LPC2104的接口電路,，

描述了MAX194的工作過程,，給出了一段A，D轉(zhuǎn)換的具體程序,。

 引言
    為了實現(xiàn)計算機的自動測量與控制,，越來越多的領域采用了A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)。隨著大規(guī)模集成電路芯片技術(shù)的發(fā)展,，速度更快,、精度更高、使用更方便的集成電路芯片層出不窮,。本文介紹了一種筆者使用后取得良好效果的新型A/D轉(zhuǎn)換芯片—MAX194,。另外，由于32位處理器的價格不斷下降,，用戶已可以大量使用,，而32位RISC處理器則更是受到青睞，并將在某些領域替代原來的8位單片機,。其中,，ARM嵌入式微處理器系列處于領先地位。筆者所介紹的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中采用的是PHILIPS公司生產(chǎn)的以ARM7處理器作為內(nèi)核的LPC2104單片機,。
1    MAX194簡介
    MAX194是MAXIM公司推出的一種逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),，具有高速、高精度,、低功耗等特點,。MAX194內(nèi)部設有校準電路，用于保證全溫度范圍內(nèi)的線性度,，從而維持全量程內(nèi)的高性能,，且不需要外部的調(diào)整電路。分開的模擬和數(shù)字供電最大程度地減少了數(shù)字噪聲耦合,。MAX194的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示,，其主要特性如下：

◇ 14位分辨率，1／2LSB非線性度,，82分貝的信噪比,；
◇ A/D轉(zhuǎn)換時間為9.4 μs；
◇ 低功耗,，節(jié)電模式下僅為10 μA,；
◇ 內(nèi)置采樣／保持器(T/H)；
◇ 單極性(0～VREF)或雙極性(－VREF～VREF)輸入,；
◇ 3態(tài)串行接口輸出,；
◇ 與16位的A/D轉(zhuǎn)換器MAX195引腳兼容,、輸出數(shù)據(jù)格式相同，便于升級,。
1．1    MAX194的主要引腳功能
◇ BP/UP/SHDN：三態(tài)輸入選擇端,。0 V為關斷，+5 V為單極性,，浮空為雙極性,；
◇ CLK：轉(zhuǎn)換時鐘輸入端；
◇ SCLK：串行時鐘輸入端,。用于移出數(shù)據(jù),，可以與CLK異步；
◇ DOUT：串行數(shù)據(jù)輸出端,。高位先出,；
◇ EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端。轉(zhuǎn)換開始時上升,，結(jié)束時下降,；
◇ CS：片選輸入端。當為低電平時允許三態(tài)數(shù)據(jù)輸出,；
◇ CONV：轉(zhuǎn)換開始輸入端,。在波形的下降沿開始轉(zhuǎn)換；
◇ RESET：復位輸入端,；
◇ REF：參考電壓輸入端,；
◇ AIN：模擬量輸入端。
1．2    工作模式
  MAX194有兩種接口模式,。
◇ 同步模式：MAX194在轉(zhuǎn)換過程中,，每轉(zhuǎn)換完成一個，數(shù)據(jù)位就輸出一位,。此時,，SCLK應該接地，CLK既作為ADC的轉(zhuǎn)換時鐘又作為串行接口的移位輸出時鐘,。
◇ 異步模式：單片機只能在MAX194完成一次轉(zhuǎn)換之后才能將轉(zhuǎn)換結(jié)果讀出,，然后再啟動下一次轉(zhuǎn)換。這種模式降低了MAX194連續(xù)轉(zhuǎn)換的速度,。
1．3    硬件接口
    串行接口標準與SPITM,、QSPITM兼容。MAX194在進行A/D轉(zhuǎn)換時需要由外部提供時鐘信號,。圖2是MAX194與單片機采用異步模式的硬件連接圖。該圖中,，MAX194進行A/D轉(zhuǎn)換所需的時鐘信號由外部晶振分頻得到,。使用者也可根據(jù)需要由單片機提供該時鐘信號,。時鐘信號的最大頻率是1.7 MHz，參考電壓的范圍是0～VDDA+0.3 V,。為了防止從AIN端輸入的信號損壞ADC,，應在信號輸入端加電壓限幅電路以保護MAX194。圖3是其時序圖,。P3.0產(chǎn)生的START信號與CLK信號相“或”后作為啟動轉(zhuǎn)換的CONV信號,。CONV的下降沿可以啟動轉(zhuǎn)換，開始轉(zhuǎn)換后監(jiān)測EOC,，當它由高電平變低時說明轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束,，適當延時后就可以從串口讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果，讀數(shù)據(jù)的最高速率是4.19 Mbps,。

2    LPC2104芯片簡介
    LPC2104 包含一個支持仿真的ARM7TDMI-S CPU,、與片內(nèi)存儲器控制器進行接口的ARM7局部總線、與中斷控制器接口的AMBA高性能總線(AHB)以及用于連接片內(nèi)外設的VLSI外設總線VPB與ARM7 高級外設總線相兼容的超集,。主要特點有：128 K 片內(nèi)Flash 程序存儲器帶ISP 和IAP 功能,；Flash 編程時間1 ms；可編程512字節(jié),；扇區(qū)擦除和整片擦除只需400 ms,；16 K 靜態(tài)RAM；向量中斷控制器,；仿真跟蹤模塊支持實時跟蹤,；標準ARM 測試/調(diào)試接口兼容現(xiàn)有工具；雙UART的其中一個帶有完全的調(diào)制解調(diào)器接口,；高速I2C 串行接口400 kB/s,；SPI 串行接口；兩個定時器分別具有4 路捕獲／比較通道,；多達6 路輸出的PWM 單元,；實時時鐘；看門狗定時器,；通用I/O 口,；CPU 操作頻率可達60 MHz。
3    MAX194與LPC2104接口設計
3．1    硬件接口
     MAX194和LPC2104都帶有標準的SPI接口,，可以非常方便地實現(xiàn)它們的硬件和軟件接口,。其硬件接口如圖2所示。SPI 是一個全雙工的串行接口,，它被設計成用于處理在一個給定總線上多個互連的主機和從機,。在一定數(shù)據(jù)傳輸過程中，接口上只能有一個主機和一個從機通信,。在一次數(shù)據(jù)傳輸中,，主機總是向從機發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù),，而從機也總是向主機發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)。
在該系統(tǒng)中,，LPC2104設置為主機,，MAX194設置為從機主機操作。
3．1    軟件實現(xiàn)
軟件的流程圖如圖4所示,。主要分為三大部分,。

1、SPI配置部分：首先,，配置LPC2104的SPI引腳模塊,；隨后，設置SPI_SPCCR和SPI_SPCR,，并將LPC2104的SPI模塊設置為主模式,，MSB(最高位)先傳輸，禁止SPI中斷,，SPI接口速率為1 MHz,，CPOL=0、CPHA=0在SCLK下降沿觸發(fā),。
2,、MAX194轉(zhuǎn)換部分：通過向MAX194的CONV引腳發(fā)低脈沖啟動A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換開始后MAX194的EOC引腳變?yōu)楦唠娖?，可通過檢測EOC引腳是否變?yōu)榈碗娖絹砼袛郃/D轉(zhuǎn)換的完成,。
3、MAX194數(shù)據(jù)讀取部分：首先置低MAX194的CS片選引腳,，將無效數(shù)據(jù)0XFF送至SPI_SPDR以啟動SPI總線,，通過判SPIF位的置位來判斷SPI總線傳輸是否完成，讀取SPI_SPDR后,，獲得A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的第一個字節(jié)(BIT13-BIT6)并調(diào)整數(shù)據(jù),；將無效數(shù)據(jù)0XFF再送至SPI_SPDR，然后再啟動SPI總線,，仍通過判SPIF位的置位來判斷SPI總線傳輸?shù)耐瓿汕闆r,，讀取SPI_SPDR后，獲得A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的第二個字節(jié)(BIT13-BIT6)并調(diào)整數(shù)據(jù),，最后將MAX194 的14位A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存儲在16位無符號變量rcv_data中,。
#include “LPC2104.H”// 調(diào)用LPC2104寄存器頭文件
#define   MAX194_CS      0x00000100       // P0.8口為MAX194的片選和信號
#define   MAX194_EOC  0x00000100       // P0.9口為MAX194的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號
#define    MAX194_UP     0x00000400        //P0.10口為MAX194的三態(tài)選擇信號
#define MAX194_CONV 0x00000800       //P0.10口為MAX194的轉(zhuǎn)換啟動信號 
int  main（void）
{ uint16  rcv_data;            //存儲A/D 轉(zhuǎn)換后的14位數(shù)據(jù)的變量
 PINSEL0 = 0x00005500;            //設置SPI管腳連接
 PINSEL1 = 0x00000000;
IODIR = MAX194_CS｜MAX194_UP|MAX194_CONV;// 設置P0.8,P0.10,P0.11為輸出
……
MSpiIni(  );                 // 初始化SPI接口
MSendData(0xFF,rcv_data);      // 進行A/D轉(zhuǎn)換病讀取數(shù)據(jù)
 ……  
}
void  MSpiIni(void)
{ SPI_SPCCR = 0x0B;   // 設置SPI時鐘分頻, SPI時鐘為1 MHz
SPI_SPCR = 0x20;   // 設置SPI接口模式，MSTR=1,，CPOL=0,，CPHA=0，LSBF=0
IOCLR = MAX194_UP;  //關斷輸入
}
uint8  MSendData(uint8 s_data,uint16 r_data)
{ uint32 temp;
         IOSET=Max194_UP;        // 打開輸入
         IOCLR = MAX194_CONV;   // 啟動轉(zhuǎn)換
         Delay(10);                // 延時 10us
         IOSET = MAX194_CONV;
         do
         { temp=IOPIN;}
         while(temp&MAX194_EOC) ;   // 轉(zhuǎn)換結(jié)束
         IOCLR = MAX194_CS;  // 片選
         SPI_SPDR = s_data;           // 發(fā)送數(shù)據(jù)0xFF
         while( 0==(SPI_SPSR&0x80) );  // 等待SPIF置位，即等待數(shù)據(jù)發(fā)送完畢
         r_data= (uint16)SPI_SPDR;     //讀取第一個字節(jié)數(shù)據(jù)
         r_data<<=6;                 //調(diào)整數(shù)據(jù)
         SPI_SPDR = s_data;           // 發(fā)送數(shù)據(jù)0xFF
         while( 0==(SPI_SPSR&0x80) );  // 等待SPIF置位,，即等待數(shù)據(jù)發(fā)送完畢
         r_data= r_data|(SPI_SPDR>>2);  //讀取第二個字節(jié)數(shù)據(jù)并調(diào)整
         IOSET = MAX194_CS;  
         IOCLR = MAX194_UP;        //關斷輸入
}
4    結(jié)束語
    在使用MAX194中應盡可能把數(shù)字地和模擬地分開,。如果模擬電源和數(shù)字電源來自同一個電源,，那么用一低值電阻(10 Ω)將數(shù)字電源和模擬電源隔離,。MAX194內(nèi)部的高速比較器對VDDA和VSSA的高頻噪聲很敏感，應該用0.1 μF與1 μF或10 μF的并聯(lián)電容將電源旁路接到模擬地,。
    用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換芯片有很多,，新品更是層出不窮，數(shù)據(jù)采集的速度和精度等性能也在不斷提高,，在應用中不但應根據(jù)實際情況采用性價比較高的A/D轉(zhuǎn)換芯片,，而且應選用高性價比的處理器(如本文所選LPC2104)，這樣才能提高整個系統(tǒng)的性能,。