串行D／A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)

摘要：簡述串行D／AMAX521的工作原理，介紹它的工作時(shí)序及其與單片機(jī)的連接方法和部分程序。

關(guān)鍵詞：串行D／A；I2C總線；單片機(jī)

1引言

MAX521是一種2線8路八位電壓輸出DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）。MAX521有5路參考電壓輸入，前面的四路DAC（DAC0～DAC3）每路有一個(gè)獨(dú)立的參考電壓輸入（REF0～REF3），允許獨(dú)立地設(shè)置每路的電壓范圍；剩下的四路DAC（DAC4～DAC7）共享一路參考電壓輸入REF4。它具有串行接口和內(nèi)置軟件協(xié)議，允許最高轉(zhuǎn)換頻率達(dá)400kbps。MAX521的接口具有雙緩沖輸入結(jié)構(gòu)，允許DAC的寄存器單獨(dú)或者同時(shí)更新；它具有低能耗模式，可以使工作電流減少到4μA。MAX521以單一的＋5V電源供電。

應(yīng)用范圍：最小模擬器件系統(tǒng)；數(shù)據(jù)偏移／采樣調(diào)節(jié)；工業(yè)過程控制；自動(dòng)檢測設(shè)備。

MAX521有20腳DIP，24腳SO和24腳SSOP三種封裝形式。20腳DIPMAX521的引腳如圖1。

OUT0～OUT7：DAC0～7的電壓輸出端；REF0～REF3：DAC0～3的參考電壓輸入端；REF4：DAC4～7的參考電壓輸入端；AD0、AD1：設(shè)備地址輸入引腳；SCL：串行時(shí)鐘輸入端；SDA：串行數(shù)據(jù)輸入端；DGND：數(shù)字信號地；AGND：模擬信號地

2MAX521的軟件通訊協(xié)議

I2C總線組成：僅由兩條線組成。一條是時(shí)鐘線（SCL），另一條是數(shù)據(jù)線（SDA）。SCL線為時(shí)鐘信號，由總線控制設(shè)備產(chǎn)生，為總線提供統(tǒng)一的時(shí)鐘信號。

SDA線為數(shù)據(jù)信號，在總線控制設(shè)備和總線上的其他設(shè)備間進(jìn)行雙向傳送。

I2C總線協(xié)議規(guī)定：SCL為高電平時(shí)SDA信號有效，SDA線上的數(shù)據(jù)變化應(yīng)在SCL為低電平時(shí)進(jìn)行。此規(guī)定唯一的例外是開始信號和停止信號。

I2C輸入／輸出一個(gè)字節(jié)的格式是高位在前、低位在后。每一次I2C總線訪問是由一系列的基本操作組成的，下面對這些基本操作進(jìn)行詳細(xì)解釋。

2．1開始信號

每次I2C總線訪問前要在總線上發(fā)送開始信號。當(dāng)SCL線為高電平時(shí)，SDA線由高變低，便形成開始信號。

2．2結(jié)束信號

每次I2C總線訪問后要在總線上發(fā)送結(jié)束信號。當(dāng)SCL線為高電平時(shí)，SDA線由低變高，便形成結(jié)束信號。

開始信號和停止信號的時(shí)序圖如下：

2．3器件尋址字節(jié)

無論讀寫操作均需一個(gè)器件尋址字節(jié)。MAX521的尋址字節(jié)的前五位為01010（選中該設(shè)備的標(biāo)志代碼）。后兩位為設(shè)備地址，由MAX521的AD0、AD1引腳的狀態(tài)決定。最后一位X是向設(shè)備寫入或讀出數(shù)據(jù)，若向MAX521寫入數(shù)據(jù)時(shí)X為0。

下面是MAX521完整的工作時(shí)序圖：

2．4數(shù)據(jù)地址字節(jié)或命令字節(jié)

設(shè)備尋址字節(jié)后為命令字。命令字的前三位為0，后面兩位為RST和PD，再后面三位A2A1A0是8個(gè)DAC輸出寄存器的通道地址。數(shù)據(jù)地址字節(jié)或命令字節(jié)的工作時(shí)序見圖4：

R2R1R0設(shè)置為0，屬保留位。當(dāng)RST為高時(shí)，MAX521復(fù)位所有DAC寄存器，但輸出一直保持到“停止”信號。當(dāng)PD位為高時(shí)，在收到“停止信號”后MAX521進(jìn)入低能耗模式。在低能耗模式中，DAC輸出取決于此時(shí)通道地址設(shè)置和輸出字節(jié)設(shè)置狀態(tài)，此時(shí)提供最大電流為20μA。當(dāng)PD位為低時(shí)，MAX521返回正常工作狀態(tài)后緊跟著發(fā)送“停止信號”，DAC輸出的電壓取決于當(dāng)前通道地址設(shè)置和輸出字節(jié)設(shè)置情況。

2．5應(yīng)答信號

在每傳送完一個(gè)地址字節(jié)或一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)之后的第九個(gè)時(shí)鐘脈沖期間，接收方在SDA線上產(chǎn)生一個(gè)低電平的應(yīng)答信號ACK，以通知發(fā)送方數(shù)據(jù)已接收到，可以繼續(xù)發(fā)送。所有數(shù)據(jù)傳送完畢后，單片機(jī)向SDA線發(fā)送一個(gè)停止信號，結(jié)束該次數(shù)據(jù)傳送。

注意：

1）總線空閑時(shí)，SCL和SDA線應(yīng)保持在高電平。

2）一次新的啟動(dòng)前，總線空閑時(shí)間tBUF＞4．7μs。

3）時(shí)鐘為高電平、低電平的時(shí)間和開始信號建立時(shí)間、結(jié)束信號建立時(shí)均需大于4．7μs。

4）兩次寫發(fā)送時(shí)間間隔tWR＞10ms。

5）SCL線的操作速率可以達(dá)到400kHz。

3MAX521與MCU的接口和程序

如圖1所示，MAX521與單片機(jī)的P1．6、P1．7相連，并把它作為I2C總線來操作。所有參考電壓均接＋5V，使輸出的模擬電壓值在0～＋5V之間。設(shè)備地址設(shè)為01B。OUTPUT后接執(zhí)行設(shè)備。

4結(jié)束語

本系統(tǒng)已成功應(yīng)用在具有多個(gè)DAC轉(zhuǎn)換的電路中，比通常并行DAC器件節(jié)省，并為智能化設(shè)備研發(fā)提供了很好的方案。