Der verwendete Baustein MAX186 ist ein CMOS-Wandler mit acht Eingangskanälen bei einer Auflösung von 12 Bit. Er enthält eine interne Spannungsreferenz mit 4,096V und benötigt nur ca. 1,5mA an 5V. In ca. 7µs wird eine sukzessive Approximation mit zwölf Schritten durchgeführt, so daß Wandlungsraten bis über 100 kHz erreicht werden können.

Die folgende Tabelle zeigt die Anschlüsse des IC's:

Pin Bezeichnung Funktion
1 CH0 Eingangskanal 0
bis
8 CH7 Eingangskanal 7
9 AGND Masse des Analogteils
10 /SHDN Low: Power-down-Modus (10µA)
11 VREF Referenzspannung 4,096V
12 REFADJ Justiereingang der Referenz
13 AGND Masse des Analogteils
14 DGND Masse des Digitalteils
15 DOUT Serieller Datenausgang
16 SSTRB Statusausgang für laufende Wandlung
17 DIN Serieller Dateneingang
18 /CS Chip-Selekt-Eingang
19 SCLK Serieller Clockeingang
20 VDD Versorgung +5V

Das Schaltbild zeigt den Anschluss des Wandlers an die serielle Schnittstelle. Der PC stellt an DTR Taktimpulse bereit, mit denen über RTS Daten seriell in den Wandler getaktet werden. Serielle Daten des ICs werden über CTS eingelesen. Der Eingang DSR der Schnittstelle liest den Statusausgang SSTRB des Wandlers, um das Ende einer Wandlung erkennen zu können, was allerdings in der Software meist nicht nötig ist, weil die Datenübertragung ausreichend langsam ist. Die erhöhte Ausgangsspannung von ± 12V wird über hochohmige Widerstände in Zusammenarbeit mit den internen Schutzdioden des MAX186 begrenzt. Die Stromversorgung erfolgt über die hochgesetzte TXD-Leitung (BREAK-Zustand).

Die Beschriftung der Eingänge auf der Platine ist gegenüber der Kanal-Bezeichnung des MAX186 invertiert, d.h. CH7 der Anschlussklemme entspricht CH0 am MAX186. Dadurch entspricht das Layout der üblichen Anordnung von Binärzahlen. Die Umkehrung ist bei der Erstellung von Software zu beachten.

Der Wandler kennt zahlreiche Betriebsarten, die beim Start einer Wandlung über das seriell übertragene Steuerbyte festgelegt werden. Die Wandlung kann mit internem oder externem Takt erfolgen. Wählt man den externen Takt, dann erfolgt die eigentliche Wandlung mit ihrer sukzessiven Approximation synchron zum Auslesevorgang. Dabei muss eine symmetrische Rechteckform eingehalten werden, und es darf eine Taktrate von 100 kHz nicht unterschritten werden, weil es sonst durch Entladung des internen Abtast-Halteglieds zu einer Verschlechterung der Messgenauigkeit kommen kann. Weil eine ausreichend hohe Taktfrequenz bei der direkten Programmierung der Portleitungen nicht sichergestellt werden kann, wird hier nur mit internem Takt gearbeitet. Die Taktimpulse des PC dienen nur zur Datenübertragung und dürfen im Bereich Null bis 10 MHz liegen.

Die Betriebsarten werden über zwei Bits des Steuerbytes eingestellt. Es stehen zwei Power-down-Modi zur Verfügung, die nur bei batteriebetriebenen Geräten von Bedeutung sind. Die totale Abschaltung aller internen Schaltungsteile führt zu einer Reduzierung des Versorgungsstroms auf 2µA. Nach dem erneuten Aktivieren ist jedoch eine Wartezeit von 50 ms einzuhalten. Eine schnellere Variante schaltet die interne Referenz nicht ab und führt zu einer Stromreduzierung auf 30µA. Über die Power-Down-Bits PD1 und PD0 wird außerdem zwischen internem oder externem Takt während der Umsetzung umgeschaltet.

Weitere Steuerbits wählen die Art der Messung aus. Außer den üblichen massebezogenen Eingängen können Differenzeingänge gewählt werden, wobei immer zwei Eingänge zusammenarbeiten. Neben der unipolaren Messung (0...4,095V) ist für Differenzeingänge auch eine bipolare Betriebsart (-2,047V ... +2,047V, bezogen auf den negativen Eingang) möglich. Die aktiven Eingangskanäle werden über drei Bits (SEL0...SEL2) gewählt.

Die Übertragung des Steuerworts beginnt immer mit dem als Startbit gesetzten MSB. Die folgende Tabelle zeigt den Aufbau des Steuerbytes:

Bit Name Funktion

7 START immer gesetzt
6 SEL2
5 SEL1 Auswahl des Eingangskanals
4 SEL0
3 UNI//BIP 1=unipolar, 0=bipolar
2 SGL//DIF 1= massebezogen, 0=Differenzeingänge
1 PD1 00: Power-Down 2µA, 01: 30µA, schnell
0 PD0 10: Clock intern, 11: Clock extern

Die Steuerbits SEL0 bis SEL2 wählen den aktiven Eingangskanal aus. Ihre drei Bits stellen einen Zahlenwert im Bereich 0 bis 7 dar. Es stehen entweder vier Differenzeingänge oder acht massebezogene Eingänge zur Verfügung. Bipolare Messungen sind nur für Differenzeingänge möglich, weil die Eingangsspannungen nur im Bereich 0 bis 5V liegen können. Wählt man Differenzeingänge, dann muss der negative Eingang während der gesamten Umsetzzeit eine stabile Spannung aufweisen, während der positive Eingang nur kurz abgetastet wird und schnelle Änderungen verträgt.

SEL0...2 Differenzeingänge Einzeleingang

0 CH0 gegen CH1 CH0
1 CH2 gegen CH3 CH2
2 CH4 gegen CH5 CH4
3 CH6 gegen CH7 CH6
4 CH1 gegen CH0 CH1
5 CH3 gegen CH2 CH3
6 CH5 gegen CH4 CH5
7 CH7 gegen CH6 CH7

Nach der Übertragung des Steuerbytes beginnt die eigentliche Umsetzung mit einer Dauer von maximal 10µs. Dann können zwei Bytes ausgelesen werden. Das zuerst gelesene Highbyte enthält die acht höchstwertigen Bits. Das Lowbyte enthält Nullen in den vier niederwertigen Bits und vier Datenbits in den Bits 4 bis 7.