应用MAX197实现多路多量程数据采集

1 应用 MAX197 实现多路多量程数据采集 李国欣 中国矿业大学信息与电气学院 (221008) email: lee_guoxin@126.com 摘 要：介绍了并行 A/D 转换器 MAX197 芯片的、使用方法及使用中应注意的问题。 给出了 MAX197 在多量程数据采集系统中的应用实例,包括 MAX197 与 89S52 单片机的接口方 式以及实用控制程序。 关键词：数据采集；并行接口；多量程；MAX197 MAX197 是一种单电源，多量程，8通道，并行 12 位 A/D 转换器，其采样速率可以达到 100ksps，采样有效动态范围可增至 16 位。由于该芯片在片内已有采样跟踪保持电路，内部 时钟电路和内部参考电压源，所以在应用时，所需外围元件极少，因此,用 MAX197 构成的数 据采集系统具有硬件结构简单、体积小和可扩展功能多的优点。我们在电量监测、地铁杂散 电流监测及电网微机保护等项目中应用 MAX197 芯片实现了现场数据测量。经过实际运行， 感到该芯片工作可靠，采集精度能满足要求，成本相对较低，具有较好的应用前景。[1] 1 MAX197 芯片的工作原理 1.1 MAX197 芯片的主要工作特点 （1）单一电源供电，工作电压为 5V。 （2）内设 4.096V 基准电压源(VREF)。 （3）具有 8个采集通道，可独立设置多种输入范围：±10V、±5V、0V 至 10V 或 0V 至 5V，且任何通道的故障都不影响其他通道的变换结果。 （4）内设 5M 带宽的跟踪/保持电路，采样速率为 100ksps，软件可选内部或外部时钟 与采集控制。 （5）微处理器（μP）接口，8+4 并行数据总线 1.2 控制字说明 MAX197 的工作方式、通道选择、输入方式选择及时钟选择都是通过控制字来实现的。 控制字的格式说明见表 1和表 2。 表 1 控制字节格式 D7(最高有效位) D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0(最低有效位) PD1 PD0 ACQMOD RNG BIP A2 A1 A0 表 2 控制字节说明 位 名称 说 明 7 PD1 0：正常运用方式；1：掉电方式 6 PD0 0：外部时钟；1：内部时钟 5 ACQMOD 0：内部控制采集；1：外部控制采集 4 RNG 选择输入端满度电压的幅值；0：5V；1：10V。 3 BIP 选择极性变换方式；0：单极性；1：双极性。 Administrator 电力自动化时代 2 2，1，0 A2，A1，A0 多路输入通道地址选择 000：CH0 111：CH7 例：当采用内部时钟，内部控制采集，双极性输入，输入信号范围-10V 至+10V，选择 通道 CH1 时，控制字为：01011001（59H）。 1.3 起动转换和数据的读出 MAX197 控制字节的写入和转换结束后的数据读出都是由 8位并行接口完成的，这使得 微处理器能把 MAX197 作为一个 I/O 口来寻址，应用极为方便。 MAX197 A/D 转换的起动是通过写控制字来实现的，即每当向其写入一个控制字时，同 时也就起动了一次相应的转换。MAX197 还提供了一个标准的中断信号 TNI ，当变换完成， 输出数据准备就绪后， TNI 变为低电平，在第一个读周期或者写一个新的控制字节时， TNI 返回高电平。 MAX197 在单极性方式下，输出数据格式为二进制数；在双极性方式下，输出数据格式 为补码形式的二进制数。在读取数据时，当 HSBN 为低电平时，读低 8位，当 HSBN 为高电平 时，读高 4位。 2 MAX197 在数据采集系统中的应用实例 如图 1所示为一数据采集系统，应用该电路可以实现多路、多量程的数据在线监测。图 中采用 AT89S52 单片机做主控件，该器件具有使用方便、应用面广、价格便宜等优点，还支 持 ISP 在线下载，可以简单方便的进行程序修改和数据读取。用铁电存储器 FM1808 来存放 信息，该器件片内有 32K 存储空间，掉电不丢，可用于存放外部设置及采集数据等。用 MAX485 构成 RS-485 通信接口，以便和上位机通信。为保证系统的可靠工作,还设置有 MAX1232 看门 狗。该系统可以同时测量 8路单极性或双极性电压信号，并且能够根据输入信号范围选择合 适的量程。 A010 A19 A28 A37 A46 A55 A64 A73 A825 A924 A1021 A1123 A122 CE20 WE27 OE22 D0 11 D1 12 D2 13 D3 15 D4 16 D5 17 D6 18 D7 19 A141 A1326 VCC 28 DGND 14 IC5 FM1608 A8 A9 A10 A11 WR RD AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 VCC C6 0.1uF A12 RAMCS AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 VCCC13 0.1uF RST1A 1 1B2 1Y3 2A4 2B5 2Y6 GND7 3Y 8 3A 9 3B 10 4Y 11 4A 12 4B 13 VCC 14 IC6 74LS32Z A13 ALE RAMCS EA/VP31 X119 X218 RESET9 RD17 WR16 INT012 INT113 T014 T115 P101 P112 P123 P134 P145 P156 P167 P178 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 V C C 40 G N D 20 IC9 AT89S52-24PI VCC RST DOG AD0 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 RD WR AD2 AD1 197CS AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0 RD WR 197HB CH6 CH7 INT0 197CS CLK1 CS2 WR3 RD4 HBEN5 SHDN 6 D77 D68 D59 D410 D3/D1111 D2/D1012 D1/D913 D0/D814 A GND 15 CH0 16 CH1 17 CH2 18 CH3 19 CH4 20 CH5 21 CH6 22 CH7 23 INT24 REFADJ 25 REF 26 VCC 27 D GND 28 IC10 MAX197BCNI C34 100pF VCC C36 0.1uF/C C37 0.01uF/C C35 4.7uF/16V C38 4.7uF/16V R6 5.1K C29 0.01uF/C VCC INT1 197HBU5 DOG R10 10K C260.1uF/C VCC RST R ST C3022pF C31 22pF U6 11.0592M KEY ALE INT0 PB RST1 TD2 TOL3 GND4 VCC 8 ST 7 RST 6 RST 5 IC8 MAX1232EPA VCC VCC RXD TXD R11 5P15 P16 P17 MAX197低字节地址： 9FFFH MAX197高字节地址：0BFFFH R23 300 CH0 CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 DI1 DE1 DGND RXD1IN+1 1IN-2 2IN+3 2IN-4 3IN+5 3IN-6 4IN+7 4IN-8 1C 16 1E 15 2C 14 2E 13 3C 12 3E 11 4C 10 4E 9 IC1 TPL521-4 TXD T0 RO1 R7 300 R6 300 R8 300 +5TX1 VCC VCC VCC R5 1K R4 1K R9 1K TX1GND +5TX1 TX1GND C2 0.1uF/C TX1GND+5TX1 R3 120 W2 5.1V W1 5.1V DI1 RO1 DE1 +5TX1 TX1GND R2 10 R1 10 TX1GND TX1GND 485B 485A VCC 8 B 7 A 6 GND 5 RO1 RE2 DE3 DI4 IC2 MAX487 1 2 J1 2PIN 图 1 数据采集系统 下面是一个实用的 MAX197 采集控制部分程序，其相应的硬件电路见图 1。 3 MOV DPTR,#09FFFH ;选择 MAX197 MOV A,#5FH ;输入控制字-10V-+10V,选择通道 7 MOVX @DPTR,A ;启动转换 JB P3.2,$ ;等待转换结束 MOV DPTR,#09FFFH ;读取低 8位,HBEN=0 MOVX A,@DPTR MOV SHUJU_L,A MOV DPTR,#0BFFFH ;读取高 4位,HBEN=1 MOVX A,@DPTR MOV SHUJU_H,A 3 结束语 MAX197 是一种性能价格比高、硬件结构简单、使用方便及具有广泛应用前景的 A/D 转 换芯片。用 MAX197 完成的上述数据采集系统的实例证明了使用这一系列优点。该数据采集 系统可以应用在电网电量监测、保护测量、现场数据监测等。 参考文献: [1] MAXIM 2000 CD-ROM. The Implementation of Data acquisition Based on Converter MAX197 Li Guo-xin (School of Information and Electrical Engineering, China University of Mining&Technology,Xuzhou 221008,China) Abstract In this paper, the working principle and using methods of the A/D converter with parallel interface MAX197 are introduced. The application example of MAX197 in the date acquisition is explained in detail, including the connection way between MAX197 and microcontroller 89S52 and the applicable controlling program. Keywords: date acquisition parallel interface MAX197 Administrator 电力自动化时代