【摘要】闡述了MAX1312的特性和工作原理，介紹了MAX1312與通用8位微處理器AT89C52的硬件接口設(shè)計(jì)以及軟件編程方法，最后簡(jiǎn)述了該模數(shù)轉(zhuǎn)換器在多相電機(jī)控制中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】模數(shù)轉(zhuǎn)換器；多通道；同步采樣；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

在電子測(cè)量技術(shù)中，必須把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，才能夠用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理，模/數(shù)轉(zhuǎn)換的速度和精度一直是測(cè)量的關(guān)鍵。但是高速和高精確度的轉(zhuǎn)換器仍然難以滿足某些特殊場(chǎng)合的要求，例如：在多相電機(jī)控制、多相電源監(jiān)控等場(chǎng)合，要求對(duì)多路數(shù)據(jù)進(jìn)行精確同步的采集，一般的單通道A/D和多通道輪流采集A/D都不滿足這種場(chǎng)合的要求。MAX1312是美國(guó)美信公司（MAXIM）新推出的一種高速同步采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它具有12位的精度，8路模擬信號(hào)輸入，單電源+5V供電，完成8個(gè)通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間僅需要1.96us，對(duì)外提供了一個(gè)12位20MHZ并行數(shù)字接口，可以很方便與各種微處理器相連接，使用十分方便[1]。

2.MAX1312簡(jiǎn)介

MAX1312是美國(guó)美信公司（MAXIM）新推出的多通道同步采樣、并行輸出模數(shù)轉(zhuǎn)換器。采用TQFP48封裝，引腳形式如圖1所示。

其中：

CH0-CH7為八路模擬信號(hào)的輸入端；

D0-D7為八位雙向數(shù)據(jù)總線，用來寫入控制字或讀出低8位轉(zhuǎn)換結(jié)果；

D8-D11為高四位數(shù)據(jù)輸出口，當(dāng)RD=1或CS=1時(shí)為高阻狀態(tài)；

CS為片選引腳低電平有效，低電平將激活數(shù)字接口，保持高電平時(shí)，數(shù)字總線為高阻狀態(tài)；

WR為寫輸入引腳，將該引腳置低電平啟動(dòng)一次寫指令，用D0-D7進(jìn)行通道配置；

RD讀輸入，將該引腳置低電平啟動(dòng)一次并行數(shù)據(jù)總線讀指令；

CONVST為啟動(dòng)轉(zhuǎn)換輸入，將CONVST驅(qū)動(dòng)為高電平來啟動(dòng)轉(zhuǎn)換過程，模擬輸入在其上升沿采樣；

EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出，EOC跳變到低電平表明一次轉(zhuǎn)換的結(jié)束，在下一個(gè)CLK上升沿或CONVST下降沿時(shí)跳變回高電平；

EOLC為最后轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出，EOLC跳變到低電平表明最后一個(gè)通道的轉(zhuǎn)換結(jié)束；

當(dāng)CONVST跳變到低電平為下一次轉(zhuǎn)換時(shí)序做準(zhǔn)備時(shí)，跳變到高電平；

INTCLK/EXTCLK為時(shí)鐘選擇輸入端；

CLK外部時(shí)鐘輸入。

MAX1312只需要單電源+5V供電，通道的選擇可由寫入不同的控制字來實(shí)現(xiàn)，每個(gè)輸入通道模擬電平的范圍為：±10V。使用戶非常方便的與輸出信號(hào)為4-20mA的非電量變送器或±12V和±5V供電的傳感器接口。該芯片提供數(shù)據(jù)讀取并行接口方式，可與任何標(biāo)準(zhǔn)的微處理器簡(jiǎn)便聯(lián)結(jié)，因此廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制，數(shù)據(jù)采集，電機(jī)調(diào)速等系統(tǒng)中。

其主要特性如下：

（1）單電源供電：+5V，使用十分方便；

（2）分辨率：12位；

（3）8個(gè)模擬輸入通道，可同時(shí)采樣；

（4）轉(zhuǎn)換時(shí)間：?jiǎn)瓮ǖ?.72us，雙通道0.9us，四通道1.26us，八通道1.98us；

（5）內(nèi)部時(shí)鐘模式或外部時(shí)鐘模式；

（6）內(nèi)部4.096V電壓源或外接基準(zhǔn)電壓源；

（7）通道關(guān)斷模式低功耗省電模式；

（8）48腳TQFP封裝（7mm×7mm）。

3.工作原理

MAX1312有單極性和雙極性兩種工作模式，圖1也給出了雙極性模式下的工作電路。圖1中：REF+正基準(zhǔn)旁路，用一個(gè)0.1uF電容將其旁路到AGND，同時(shí)用一個(gè)2.2uF電容和一個(gè)0.1uF電容將其旁路到REF-。COM基準(zhǔn)公共端旁路，用一個(gè)2.2uF電容和一個(gè)0.1uF電容將其旁路到AGND。REF-負(fù)基準(zhǔn)旁路，用一個(gè)0.1uF電容將其旁路到AGND，同時(shí)用一個(gè)2.2uF電容和一個(gè)0.1uF電容將其旁路到REF+。應(yīng)將所有的DGND引腳連接在一起。將所有DVDD引腳連在一起，并用一個(gè)0.1uF電容將其旁路到DGND。SHDN關(guān)斷輸入，SHDN驅(qū)動(dòng)為高電平時(shí)將器件置為關(guān)斷模式，標(biāo)準(zhǔn)工作模式下SHDN與DGND連接。CHSHDN低電平有效，模擬輸入通道關(guān)斷控制輸入端，低電平時(shí)配置寄存器中未被選擇進(jìn)行轉(zhuǎn)換的模擬輸入通道被關(guān)斷，高電平時(shí)，所有通道都有效，無論是否被配置。

上電復(fù)位時(shí)，所有通道都被選中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，加上電源后，允許經(jīng)過1MS的喚醒時(shí)間，然后啟動(dòng)一次虛擬轉(zhuǎn)換，并放棄轉(zhuǎn)換結(jié)果，在虛擬轉(zhuǎn)換完成后，才可以進(jìn)行精確的轉(zhuǎn)換。

MAX1312的工作方式因用戶所選擇的時(shí)鐘模式和基準(zhǔn)電源模式的不同而有所不同。有兩種時(shí)鐘模式可供選擇：即內(nèi)部時(shí)鐘模式和外部時(shí)鐘模式。內(nèi)部時(shí)鐘模式將微處理器從提供ADC轉(zhuǎn)換時(shí)鐘的負(fù)擔(dān)中解放出來，為實(shí)現(xiàn)內(nèi)部時(shí)鐘模式，將INTCLK/EXTCLK與AVDD相連，CLK與DGND相連。外部時(shí)鐘將INTCLK/EXTCLK與AGND相連，外部時(shí)鐘源連接到CLK，最高可達(dá)20MHZ，不能低于100KHZ否則線性度不能保證?；鶞?zhǔn)電源的提供也分為兩種方式。內(nèi)部基準(zhǔn)模式下，用一個(gè)不低于0.01uF的電容將REFMS/REF節(jié)點(diǎn)旁路到AGND。外部模式下，用+2V至+3V的外部電壓驅(qū)動(dòng)REFMS/REF節(jié)點(diǎn)。

工作時(shí)，輸入通道可以通過對(duì)配置寄存器的寫操作來進(jìn)行控制。8位配置寄存器D0-D7分別對(duì)應(yīng)相應(yīng)的輸入通道CH0-CH7，把任位置1將激活相應(yīng)的輸入通道，上電時(shí)默認(rèn)8個(gè)通道都處于激活狀態(tài)。寫配置寄存器時(shí)，將CS和WR設(shè)為低電平，然后將D0-D7位裝載到并行總線，再將WR置為高電平，數(shù)據(jù)在上升沿鎖存，在轉(zhuǎn)換時(shí)序的任意時(shí)刻都能夠?qū)ζ溥M(jìn)行寫操作。寫操作時(shí)序如圖2所示。

所有有效通道的同時(shí)采樣都保留了相關(guān)的相位信息，非常適合電機(jī)控制與電源監(jiān)視。為保留多通道的相位信息，所有的輸入通道都有專用的T/H放大器，輸入T/H電路受CONVST輸入的控制，當(dāng)CONVST為低電平時(shí)，T/H電路跟隨模擬輸入，當(dāng)其為高電平時(shí)T/H電路將保持模擬輸入。上升沿是模擬輸入的采樣時(shí)間。為保證達(dá)到12位的精度，CONVST的低電平至少保持100ns。雖然更長(zhǎng)的采樣時(shí)間可以是轉(zhuǎn)換輸出更接近模擬輸入，但是采樣時(shí)間的最大值應(yīng)限制在1ms以內(nèi)，若轉(zhuǎn)換時(shí)間超過1ms，輸入電路中電容器的電壓跌落回使轉(zhuǎn)換精度得不到保證。

內(nèi)部時(shí)鐘模式下啟動(dòng)一次轉(zhuǎn)換，需在采樣時(shí)間內(nèi)將CONVST置低電平。當(dāng)CONVST為低電平時(shí)，T/H捕獲信號(hào)，在上升沿轉(zhuǎn)換開始。一旦能夠讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC將給出一個(gè)低電平脈沖。當(dāng)最后一個(gè)通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果而已被讀取時(shí)，EOLC跳變?yōu)榈碗娖健?/p>

因此MAX1312的轉(zhuǎn)換結(jié)果可以通過兩種方式進(jìn)行讀取。

1）轉(zhuǎn)換周期中啟動(dòng)讀操作，時(shí)序如圖3所示

CS可以一直保持低電平或僅在RD周期里保持低電平，也可以與RD信號(hào)相同。內(nèi)部時(shí)鐘模式下，EOC 900ns內(nèi)跳變到低電平，外部時(shí)鐘模式下13個(gè)CLK周期的上升沿跳變到低電平。為了讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，將CS和RD置低電平，使數(shù)據(jù)鎖存到并行數(shù)據(jù)輸出總線。然后將RD置為高電平釋放數(shù)字總線，內(nèi)部時(shí)鐘模式下，下一個(gè)EOC下降沿在225ns以內(nèi)出現(xiàn)。外部時(shí)鐘模式下，在三個(gè)CLK周期內(nèi)出現(xiàn)，當(dāng)最終轉(zhuǎn)換結(jié)果可以讀取時(shí)EOLC跳變到低電平。

2）轉(zhuǎn)換結(jié)束后讀取，時(shí)序如圖4所示

CS，RD低電平，RD連續(xù)的低電平脈沖將轉(zhuǎn)換結(jié)果順次放到總線上，時(shí)序中最后一個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)果讀取后，額外的讀脈沖可以使指針重新指向第一個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)果。

4.MAX1312與8位微處理器的接口電路設(shè)計(jì)

在多相電機(jī)的控制中通常需要對(duì)每一相的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步采集，一般解決的方法有兩種：一種是通過微處理器去控制多個(gè)采樣保持器進(jìn)行多相數(shù)據(jù)的同步采樣；另一種是多相數(shù)據(jù)輪流采集，然后通過一定的軟件方法進(jìn)行修正。采用MAX1312設(shè)計(jì)多相電機(jī)控制電路，不僅可以降低硬件的復(fù)雜度（不用外加采樣保持器）和成本，更避免了用微處理器去完成復(fù)雜的修正算法。以下給出了MAX1312和通用8位微處理器AT89C52之間的硬件接口電路設(shè)計(jì)。由于MAX1312芯片的數(shù)據(jù)輸出沒有設(shè)置可控制的門電路，12位數(shù)據(jù)一次同時(shí)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上，因此不能和只有8位數(shù)據(jù)總線的微處理器AT89C52直接相連。為此，在電路中設(shè)置8155的并行I/O通道作為MAX1312的輸出數(shù)據(jù)傳送通道，8155的PA口連接MAX1312的低8位數(shù)據(jù)輸出，PB口低四位連接MAX1312的高4位數(shù)據(jù)輸出。設(shè)計(jì)采用8路通道轉(zhuǎn)換完后讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。

用AT89C52的P2.0控制MAX1312的片選輸入，P2.1啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，P2.2轉(zhuǎn)換結(jié)果讀控制線。下面給出AD部分示例程序：

MOV R0， #20H ；存放數(shù)據(jù)首地址

MOV R1， #08H ；采集通道數(shù)

MOV DPTR，#7F00H ；送控制字0C到8155

MOV A， #0CH

MOV @DPTR，A ；使PA，PB，為基本輸入方式

CLR P2.0 ；使能A/D

SETB P2.2

SETB P2.1

CLR P2.1 ；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換

DELAY

SETB P2.1

MOV DPTR， #7F02H

MOVX A， @DPTR

JNB ACC.7， ADEND ；轉(zhuǎn)換結(jié)束？讀取結(jié)果

ADEND： CLR P2.2 ；讀使能

MOV DPTR， #7F01H

MOVX A， @DPTR ；讀取低8位轉(zhuǎn)換結(jié)果

MOV @R0， A ；保存到20H

INC DPTR

INC R0

MOVX A， @DPTR ；讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果高4位

MOV @R0， A ；保存到21H

SETB P2.2

DJNZ R1， ADEND

……轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)處理程序

5.結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以MAX1312多通道高速同步采樣ADC和AT89C52微處理器為核心的控制模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多相電機(jī)的各相數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，是實(shí)現(xiàn)多相電機(jī)控制的一種簡(jiǎn)單而實(shí)用的方法。

參考文獻(xiàn)

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[3]陳錕，危立輝.基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速器控制電路[J].中南民族大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2003，9：43-45.

作者簡(jiǎn)介：朱紅育（1979—），男，陜西渭南人，碩士，工程師，現(xiàn)供職于西安科醞警通工貿(mào)有限公司，主要從事電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)硬件的研究工作。