0 引言
為了實現計算機的自動測量與控制，越來越多的領域采用了A/D轉換技術。隨著大規模集成電路芯片技術的發展，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，微處理器系列處于領先地位。筆者所介紹的數據采集系統中采用的是PHILIPS公司生產的以ARM7處理器作為內核的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轉換器(ADC)，具有高速、高精度、低功耗等特點。MAX194內部設有校準電路，用于保證全溫度范圍內的線性度，從而維持全量程內的高性能，且不需要外部的調整電路。分開的模擬和數字供電最大程度地減少了數字噪聲耦合。MAX194的內部結構如圖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轉換時間為9.4 μs；
◇ 低功耗，節電模式下僅為10 μA；
◇ 內置采樣／保持器(T/H)；
◇ 單極性(0～VREF)或雙極性(－VREF～VREF)輸入；
◇ 3態串行接口輸出；
◇ 與16位的A/D轉換器MAX195引腳兼容、輸出數據格式相同，便于升級。
1．1 MAX194的主要引腳功能
◇ BP/UP/SHDN：三態輸入選擇端。0 V為關斷，+5 V為單極性，浮空為雙極性；
◇ CLK：轉換時鐘輸入端；
◇ SCLK：串行時鐘輸入端。用于移出數據，可以與CLK異步；
◇ DOUT：串行數據輸出端。高位先出；
◇ EOC：轉換結束信號輸出端。轉換開始時上升，結束時下降；
◇ CS：片選輸入端。當為低電平時允許三態數據輸出；
◇ CONV：轉換開始輸入端。在波形的下降沿開始轉換；
◇ 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在轉換過程中，每轉換完成一個，數據位就輸出一位。此時，SCLK應該接地，CLK既作為ADC的轉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完成一次轉換之后才能將轉換結果讀出，然后再啟動下一次轉換。這種模式降低了MAX194連續轉換的速度。
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轉換所需的時鐘信號由外部晶振分頻得到。使用者也可根據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產生的START信號與CLK信號相“或”后作為啟動轉換的CONV信號。CONV的下降沿可以啟動轉換，開始轉換后監測EOC，當它由高電平變低時說明轉換已經結束，適當延時后就可以從串口讀出轉換結果，讀數據的最高速率是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；扇區擦除和整片擦除只需400 ms；16 K 靜態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/調試接口兼容現有工具；雙UART的其中一個帶有完全的調制解調器接口；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。在一定數據傳輸過程中，接口上只能有一個主機和一個從機通信。在一次數據傳輸中，主機總是向從機發送一個字節數據，而從機也總是向主機發送一個字節數據。
在該系統中，LPC2104設置為主機，MAX194設置為從機主機操作。
3．1 軟件實現
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。
2、MAX194轉換部分：通過向MAX194的CONV引腳發低脈沖啟動A/D轉換，轉換開始后MAX194的EOC引腳變為高電平，可通過檢測EOC引腳是否變為低電平來判斷A/D轉換的完成。
3、MAX194數據讀取部分：首先置低MAX194的CS片選引腳，將無效數據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轉換結果的第一個字節(BIT13-BIT6)并調整數據；將無效數據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總線傳輸的完成情況，讀取SPI_SPDR后，獲得A/D轉換結果的第二個字節(BIT13-BIT6)并調整數據，最后將MAX194 的14位A/D轉換數據存儲在16位無符號變量rcv_data中。
#include “LPC2104.H”// 調用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的轉換結束信號
#define MAX194_UP 0x00000400 //P0.10口為MAX194的三態選擇信號
#define MAX194_CONV 0x00000800 //P0.10口為MAX194的轉換啟動信號
int main（void）
{ uint16 rcv_data; //存儲A/D 轉換后的14位數據的變量
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轉換病讀取數據
……
}
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; // 啟動轉換
