单片机与MAX111芯片的接口设计

MAX111模拟数字转换器内部采用自动校准技术工作，无须外部元件就可达到±14位的分辨率，并能指出超量程位。工作电源电流仅640mA。它采用单片机+5V电源供电，可对±1.5V范围内的差分模拟信号或0～+1.5V范围内的单端信号进行变换。

1、MAX111内部移位寄存器

串行数据传递时由16位静态移位寄存器完成。在数据传递操作期内移入的16位控制字D0～D15用来控制模数转换器的各种功能。输入的D0～D15各位的功能如下：

 D15位：N0-OP为允许/禁止控制字向控制功能寄存器传递。当N0-OP为高电平时，允许向控制寄存器传递：当N0-OP为低电平时，禁止传递。ADC功能原配置保持不变，即当CS返回高电平时，也开始新的A/D转换。
        D14、D13、D6、D5：仅用于测试，通常为低电平。
        D12、D11、D10、D9：转换时间控制位。全为低电平时，D8、D7为时钟分频位，当频率为500kHz时，对应转换时间为250ms。
        D4：输入通道选择。为“0”，选择通道1；为“1”选择通道2。
        D3：CAL为增益校准位，高电平时选择增益校准方式。
        D2：NUL内部偏置0位，高电平选择偏置零方式。
        D1：PDX振荡器“掉电”方式。
        D0：PD模拟“掉电”。

当ADC未经校准时，增益误差的典型值为2%。为了减小误差，要经过三步校准过程，其方法是向控制寄存器送如下控制字：

第一步：D15～D0=1000000XX00X1100，即D3=1，D2=1。通过把内部ADC输入端短接至REF?-来完成一次偏置校正变换，其变换结果存入寄存器，D12～D9可重新选择。

第二步：D15～D0=1000000XX00X1000，即D3=1，D2=0。把零寄存器的内容作为起始值，完成一次增益校准变换，其结果存入校准寄存器。

第三步：D15～D0=1000000XXX00X100，即CAL=0，NUL=1。把内部ADC输入按照选择通道完成一次零偏置变换。下一次操作(相同控制字)将完成第一次ADC变换。

2、A/D转换的时序

MAX111的转换时序如图1所示。由时序图可以看出，当CS=0时允许输入、输出数据。DOUT输出的第一个数据为POL(符号位)，接着是OFL(超量移位)，后面依次为A/D数据最高位D13到最低位D0。

DIN输入控制字，先是最高位D15，依次到最低位D0。输入、输出的变化在SCLK为下降沿时进行串行移位，因此在单片机编程时必须注意在SCLK高电平或低电平时将DOUT的数据读出；输入时，先向DIN发送新的数据，然后再给SCLK一个高低变化的电平，这样才能准确地传送信号。SCLK变化16次后完成一次输入、输出。

3、AT89C51和MAX111的接口设计

AT89C51采用P2口的P2.0～P2.4与MAX111相接(图2)。如不用差动输入可将REF?-和IN1?-接地。

由于采用了AT89C51单片机，P2口可以不再作为高8位地址线，而作为一般的I/O接口使用。下面给出A/D采样程序供参考：

①ADC控制字输入和读出AD转换值的子程序

R4存16位循环次数；R2、R3为入口条件控制字，出口时为AD转换值。

②三步校准ADC过程子程序(选择通道1)

三步校准子程序在上电时或需要校准时调用一次即可，而正常采样时，可以采用如下程序，如果存在30H和31H。
    AD2：MOV R2，#80H
                MOV R3，#04
                 ACALL AD
                MOV 30H，R3
                MOV 31H，R2
                RET

参考文献：
［1］ 武汉力源单片机技术研究所.MAXIM“热门”集成电路使用手册第五册［M］.1998.
［2］ 宋建国.AVR单片机原理及应用.北京航空航天大学出版社，1997.