探索MAX161與MX7581：CMOS 8位8通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是連接現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界的橋梁。今天，我們來(lái)深入了解MAXIM公司的兩款CMOS 8位8通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)——MAX161和MX7581，看看它們?cè)跀?shù)據(jù)采集方面有哪些獨(dú)特的魅力。

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一、產(chǎn)品概述

MAX161和MX7581是單芯片CMOS 8位8通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）。每顆芯片集成了8位A/D轉(zhuǎn)換器、8通道多路復(fù)用器、帶有競(jìng)爭(zhēng)邏輯的8x8雙端口RAM以及與微處理器兼容的I/O邏輯。搭配電壓基準(zhǔn)源后，就能構(gòu)成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可與大多數(shù)微處理器實(shí)現(xiàn)接口連接。

工作模式

它們采用微處理器時(shí)鐘或控制信號(hào)，以連續(xù)通道排序的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)存儲(chǔ)在雙端口RAM中，在微處理器的控制下，任何時(shí)候都能讀取任意通道的數(shù)據(jù)。

產(chǎn)品改進(jìn)

MAX161是MX7581的增強(qiáng)版本，引腳兼容。其改進(jìn)之處包括更快的轉(zhuǎn)換和接口時(shí)序、更低的零誤差和漂移、更低的功耗，并且有軍品級(jí)溫度范圍的產(chǎn)品可供選擇。所有器件都有28引腳DIP和小外形（SO）封裝。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

這兩款芯片的應(yīng)用范圍廣泛，涵蓋了數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)據(jù)記錄儀、自動(dòng)測(cè)試設(shè)備、機(jī)器人技術(shù)和過(guò)程控制等領(lǐng)域。在這些領(lǐng)域中，它們能夠高效地采集和處理數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供有力支持。

三、產(chǎn)品特性

快速轉(zhuǎn)換時(shí)間

MAX161的轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為20μs，能夠快速完成數(shù)據(jù)采集，滿足實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。

無(wú)溫度缺失碼

在不同的溫度環(huán)境下，都能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，不會(huì)出現(xiàn)缺失碼的情況，確保了系統(tǒng)的可靠性。

片上8x8雙端口RAM

方便數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀取，使得數(shù)據(jù)處理更加高效。

直接接口能力

可直接與Z80/8085/6800等微處理器進(jìn)行接口，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

比例測(cè)量能力

具備比例測(cè)量功能，能夠更好地適應(yīng)不同的測(cè)量需求。

交錯(cuò)DMA操作

通過(guò)內(nèi)部邏輯實(shí)現(xiàn)自動(dòng)交錯(cuò)DMA操作，確保在微處理器訪問(wèn)內(nèi)存時(shí)不會(huì)發(fā)生內(nèi)存更新沖突。

四、訂購(gòu)信息

MAX161和MX7581有多種不同的型號(hào)可供選擇，涵蓋了不同的溫度范圍、封裝形式和誤差等級(jí)。例如，MAX161ACPI適用于0°C至+70°C的溫度范圍，采用塑料DIP封裝，誤差為1 7/8LSB；而MAX161AMJI適用于-55°C至+125°C的溫度范圍，采用CERDIP封裝，誤差為1/2LSB。工程師可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的型號(hào)。

五、詳細(xì)工作原理

基本操作

MAX161和MX7581會(huì)將8個(gè)輸入通道的模擬信號(hào)依次轉(zhuǎn)換為8位數(shù)據(jù)字，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到對(duì)應(yīng)的RAM地址中。整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程對(duì)用戶是透明的，輸出數(shù)據(jù)可直接從RAM中讀取。該設(shè)備可以直接由微處理器時(shí)鐘（如6800類(lèi)型系統(tǒng)）或控制信號(hào)（如8085類(lèi)型系統(tǒng)的ALE）驅(qū)動(dòng)。

A/D轉(zhuǎn)換

內(nèi)部的轉(zhuǎn)換過(guò)程分為10個(gè)階段，每個(gè)階段持續(xù)8個(gè)時(shí)鐘周期。在第一階段，輸入多路復(fù)用器遞減，控制邏輯復(fù)位，STAT（引腳12）在該階段開(kāi)始時(shí)會(huì)低電平8個(gè)時(shí)鐘周期（在通道1轉(zhuǎn)換后，STAT也會(huì)低電平72個(gè)時(shí)鐘周期）。在第2至9階段進(jìn)行逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換，最后在第10階段將數(shù)據(jù)加載到RAM中。單通道轉(zhuǎn)換需要80個(gè)輸入時(shí)鐘周期，而對(duì)所有通道進(jìn)行完整掃描則需要640個(gè)時(shí)鐘周期。上電后，內(nèi)部啟動(dòng)邏輯會(huì)在800個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)初始化轉(zhuǎn)換器。

數(shù)字接口

通道選擇

通過(guò)AO - A2對(duì)RAM地址進(jìn)行尋址。在具有復(fù)用地址/數(shù)據(jù)總線的系統(tǒng)中，地址由ALE（引腳16）鎖存；當(dāng)?shù)刂泛蛿?shù)據(jù)總線分開(kāi)時(shí)，將ALE置為高電平可使地址鎖存器透明。

時(shí)序和控制

當(dāng)CS（引腳13）為高電平時(shí)，三態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器處于高阻態(tài)；當(dāng)CS變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，驅(qū)動(dòng)器切換到激活狀態(tài)。輸出數(shù)據(jù)在時(shí)間tAcc后有效。

數(shù)據(jù)讀取操作

MAX161和MX7581會(huì)持續(xù)掃描和轉(zhuǎn)換模擬輸入信號(hào)，而不受數(shù)據(jù)輸出所選通道的影響。片上RAM和競(jìng)爭(zhēng)邏輯允許數(shù)據(jù)相對(duì)于轉(zhuǎn)換過(guò)程異步讀取，輸出數(shù)據(jù)（RAM內(nèi)容）即為所選通道的最新轉(zhuǎn)換結(jié)果。內(nèi)部邏輯提供自動(dòng)交錯(cuò)DMA，確保在微處理器訪問(wèn)內(nèi)存時(shí)不會(huì)進(jìn)行內(nèi)存更新。通常，RAM在時(shí)鐘上升沿、STAT變低前6個(gè)時(shí)鐘周期更新，前提是CS為高電平（即不進(jìn)行數(shù)據(jù)讀?。?；如果CS為低電平（正在進(jìn)行讀取操作），則內(nèi)存更新會(huì)延遲3個(gè)時(shí)鐘周期。只要CS持續(xù)時(shí)間小于3個(gè)時(shí)鐘周期，就能避免異步讀取時(shí)的“競(jìng)爭(zhēng)”錯(cuò)誤。

通道識(shí)別

在某些實(shí)時(shí)應(yīng)用中，可能需要在特定通道接收到更新數(shù)據(jù)時(shí)提供中斷信號(hào)。此時(shí)，需要識(shí)別當(dāng)前正在轉(zhuǎn)換的通道。當(dāng)通道0激活時(shí)，STAT會(huì)保持較長(zhǎng)時(shí)間的低電平（72個(gè)時(shí)鐘周期，而不是8個(gè)時(shí)鐘周期），以此提供識(shí)別信號(hào)。輸入通道按反向順序掃描，即AIN7、6...1、0。另一種通道識(shí)別方法是使用微處理器定期查詢STAT輸出。

六、工作電路

單極性二進(jìn)制操作

對(duì)于基本的單極性操作（0至+10V輸入），連接-10V參考電壓到引腳10，時(shí)鐘連接到引腳15。校準(zhǔn)過(guò)程包括偏移和滿量程調(diào)整。偏移調(diào)整使用雙極性偏移引腳Bos，通過(guò)調(diào)整電阻R10 - R12組成的分壓器，使DBO（LSB）閃爍來(lái)完成；滿量程調(diào)整則是將+9.941V（F.S. - 3/2LSB）施加到所有輸入，選擇一個(gè)通道，調(diào)整所選輸入的微調(diào)器RN，使DB7 - DB1為高電平且DBO（LSB）閃爍，然后對(duì)其他通道重復(fù)此操作。

單極性（補(bǔ)碼二進(jìn)制）操作

對(duì)于單極性（0至 - 10V輸入）補(bǔ)碼二進(jìn)制操作，校準(zhǔn)過(guò)程類(lèi)似。偏移調(diào)整時(shí)，將A0 - A2置為低電平并使用ALE鎖存，激活通道0，當(dāng)AIN0 = - 9.98V（即 - F.S. + 1/2LSB）時(shí)，調(diào)整R11使DB7 - DB1為低電平且DBO（LSB）閃爍；滿量程調(diào)整是將 - 58.6mV（3/2 LSB）施加到所有通道，選擇所需通道，調(diào)整所選通道的微調(diào)器RN，使DB7 - DB1為高電平且DBO（LSB）閃爍，然后對(duì)其他通道重復(fù)此操作。

雙極性（偏移二進(jìn)制）操作

對(duì)于±5V雙極性操作，校準(zhǔn)過(guò)程也包括偏移和滿量程調(diào)整。偏移調(diào)整時(shí)，將A0 - A2置為低電平并使用ALE鎖存，選擇通道0，當(dāng)AIN0 = - 4.980V（即 - F.S. + 1/2LSB）時(shí)，調(diào)整R11使DB1 - DB7為低電平且DB0（LSB）閃爍；滿量程調(diào)整是將 + 4.941V（+F.S. - 3/2LSB）施加到所有通道，選擇所需通道，調(diào)整所選通道的微調(diào)器RN，使DB1 - DB7為高電平且DB0（LSB）閃爍。對(duì)每個(gè)增益調(diào)整后的通道施加 - 19.5mV，如果輸出代碼不在01111111和1000000之間閃爍，則重復(fù)校準(zhǔn)過(guò)程。

七、應(yīng)用提示

模擬和數(shù)字接地

AGND和DGND應(yīng)在設(shè)備處連接在一起，以防止噪聲注入A/D轉(zhuǎn)換器。在AGND和DGND連接不靠近設(shè)備的系統(tǒng)中，應(yīng)在AGND和DGND引腳之間連接鉗位二極管（如1N914或等效器件）。

電源旁路

VDD（引腳28）應(yīng)使用10μF電解電容和0.1μF陶瓷電容旁路到AGND，并且盡量縮短引線長(zhǎng)度。

邏輯去毛刺

地址總線上的未指定狀態(tài)（由于不同的上升和下降時(shí)間）可能會(huì)在CS引腳產(chǎn)生毛刺，引發(fā)不必要的讀取操作?？梢圆扇∠鄳?yīng)的措施來(lái)消除這些毛刺。

MAX161和MX7581在數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域具有諸多優(yōu)勢(shì)，為工程師提供了一個(gè)可靠、高效的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求和場(chǎng)景，合理選擇型號(hào)，并注意相關(guān)的應(yīng)用提示，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。你在使用類(lèi)似的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。