探索MAX161与MX7581：CMOS 8位8通道数据采集系统

在电子设计领域，数据采集系统是连接现实世界与数字世界的桥梁。今天，我们来深入了解MAXIM公司的两款CMOS 8位8通道数据采集系统——MAX161和MX7581，看看它们在数据采集方面有哪些独特的魅力。

文件下载：MAX161.pdf

一、产品概述

MAX161和MX7581是单芯片CMOS 8位8通道数据采集系统（DAS）。每颗芯片集成了8位A/D转换器、8通道多路复用器、带有竞争逻辑的8x8双端口RAM以及与微处理器兼容的I/O逻辑。搭配电压基准源后，就能构成一个完整的数据采集系统，可与大多数微处理器实现接口连接。

工作模式

它们采用微处理器时钟或控制信号，以连续通道排序的方式进行转换。转换后的数据会自动存储在双端口RAM中，在微处理器的控制下，任何时候都能读取任意通道的数据。

产品改进

MAX161是MX7581的增强版本，引脚兼容。其改进之处包括更快的转换和接口时序、更低的零误差和漂移、更低的功耗，并且有军品级温度范围的产品可供选择。所有器件都有28引脚DIP和小外形（SO）封装。

二、应用领域

这两款芯片的应用范围广泛，涵盖了数字信号处理、数据记录仪、自动测试设备、机器人技术和过程控制等领域。在这些领域中，它们能够高效地采集和处理数据，为系统的稳定运行提供有力支持。

三、产品特性

快速转换时间

MAX161的转换时间仅为20μs，能够快速完成数据采集，满足实时性要求较高的应用场景。

无温度缺失码

在不同的温度环境下，都能保证数据的准确性，不会出现缺失码的情况，确保了系统的可靠性。

片上8x8双端口RAM

方便数据的存储和读取，使得数据处理更加高效。

直接接口能力

可直接与Z80/8085/6800等微处理器进行接口，简化了系统设计。

比例测量能力

具备比例测量功能，能够更好地适应不同的测量需求。

交错DMA操作

通过内部逻辑实现自动交错DMA操作，确保在微处理器访问内存时不会发生内存更新冲突。

四、订购信息

MAX161和MX7581有多种不同的型号可供选择，涵盖了不同的温度范围、封装形式和误差等级。例如，MAX161ACPI适用于0°C至+70°C的温度范围，采用塑料DIP封装，误差为1 7/8LSB；而MAX161AMJI适用于-55°C至+125°C的温度范围，采用CERDIP封装，误差为1/2LSB。工程师可以根据具体的应用需求选择合适的型号。

五、详细工作原理

基本操作

MAX161和MX7581会将8个输入通道的模拟信号依次转换为8位数据字，并将数据存储到对应的RAM地址中。整个转换过程对用户是透明的，输出数据可直接从RAM中读取。该设备可以直接由微处理器时钟（如6800类型系统）或控制信号（如8085类型系统的ALE）驱动。

A/D转换

内部的转换过程分为10个阶段，每个阶段持续8个时钟周期。在第一阶段，输入多路复用器递减，控制逻辑复位，STAT（引脚12）在该阶段开始时会低电平8个时钟周期（在通道1转换后，STAT也会低电平72个时钟周期）。在第2至9阶段进行逐次逼近A/D转换，最后在第10阶段将数据加载到RAM中。单通道转换需要80个输入时钟周期，而对所有通道进行完整扫描则需要640个时钟周期。上电后，内部启动逻辑会在800个时钟周期内初始化转换器。

数字接口

通道选择

通过AO - A2对RAM地址进行寻址。在具有复用地址/数据总线的系统中，地址由ALE（引脚16）锁存；当地址和数据总线分开时，将ALE置为高电平可使地址锁存器透明。

时序和控制

当CS（引脚13）为高电平时，三态数据驱动器处于高阻态；当CS变为低电平时，驱动器切换到激活状态。输出数据在时间tAcc后有效。

数据读取操作

MAX161和MX7581会持续扫描和转换模拟输入信号，而不受数据输出所选通道的影响。片上RAM和竞争逻辑允许数据相对于转换过程异步读取，输出数据（RAM内容）即为所选通道的最新转换结果。内部逻辑提供自动交错DMA，确保在微处理器访问内存时不会进行内存更新。通常，RAM在时钟上升沿、STAT变低前6个时钟周期更新，前提是CS为高电平（即不进行数据读取）；如果CS为低电平（正在进行读取操作），则内存更新会延迟3个时钟周期。只要CS持续时间小于3个时钟周期，就能避免异步读取时的“竞争”错误。

通道识别

在某些实时应用中，可能需要在特定通道接收到更新数据时提供中断信号。此时，需要识别当前正在转换的通道。当通道0激活时，STAT会保持较长时间的低电平（72个时钟周期，而不是8个时钟周期），以此提供识别信号。输入通道按反向顺序扫描，即AIN7、6...1、0。另一种通道识别方法是使用微处理器定期查询STAT输出。

六、工作电路

单极性二进制操作

对于基本的单极性操作（0至+10V输入），连接-10V参考电压到引脚10，时钟连接到引脚15。校准过程包括偏移和满量程调整。偏移调整使用双极性偏移引脚Bos，通过调整电阻R10 - R12组成的分压器，使DBO（LSB）闪烁来完成；满量程调整则是将+9.941V（F.S. - 3/2LSB）施加到所有输入，选择一个通道，调整所选输入的微调器RN，使DB7 - DB1为高电平且DBO（LSB）闪烁，然后对其他通道重复此操作。

单极性（补码二进制）操作

对于单极性（0至 - 10V输入）补码二进制操作，校准过程类似。偏移调整时，将A0 - A2置为低电平并使用ALE锁存，激活通道0，当AIN0 = - 9.98V（即 - F.S. + 1/2LSB）时，调整R11使DB7 - DB1为低电平且DBO（LSB）闪烁；满量程调整是将 - 58.6mV（3/2 LSB）施加到所有通道，选择所需通道，调整所选通道的微调器RN，使DB7 - DB1为高电平且DBO（LSB）闪烁，然后对其他通道重复此操作。

双极性（偏移二进制）操作

对于±5V双极性操作，校准过程也包括偏移和满量程调整。偏移调整时，将A0 - A2置为低电平并使用ALE锁存，选择通道0，当AIN0 = - 4.980V（即 - F.S. + 1/2LSB）时，调整R11使DB1 - DB7为低电平且DB0（LSB）闪烁；满量程调整是将 + 4.941V（+F.S. - 3/2LSB）施加到所有通道，选择所需通道，调整所选通道的微调器RN，使DB1 - DB7为高电平且DB0（LSB）闪烁。对每个增益调整后的通道施加 - 19.5mV，如果输出代码不在01111111和1000000之间闪烁，则重复校准过程。

七、应用提示

模拟和数字接地

AGND和DGND应在设备处连接在一起，以防止噪声注入A/D转换器。在AGND和DGND连接不靠近设备的系统中，应在AGND和DGND引脚之间连接钳位二极管（如1N914或等效器件）。

电源旁路

VDD（引脚28）应使用10μF电解电容和0.1μF陶瓷电容旁路到AGND，并且尽量缩短引线长度。

逻辑去毛刺

地址总线上的未指定状态（由于不同的上升和下降时间）可能会在CS引脚产生毛刺，引发不必要的读取操作。可以采取相应的措施来消除这些毛刺。

MAX161和MX7581在数据采集领域具有诸多优势，为工程师提供了一个可靠、高效的解决方案。在实际应用中，我们需要根据具体的需求和场景，合理选择型号，并注意相关的应用提示，以确保系统的稳定运行。你在使用类似的数据采集系统时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。