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32通道16位D/A轉(zhuǎn)換器MAX5631的原理及應(yīng)用
摘要：介紹了美國(guó)MAXIM公司的32通道16位D/A轉(zhuǎn)換器MAX5631的基本功能，詳細(xì)討論了它的三種工作模式及工作時(shí)序，給出了MAX5631與AT89C51單片機(jī)的一種串行接口連接方法，同時(shí)給出了它們相應(yīng)的軟件程序。關(guān)鍵詞：MAX5631D/A轉(zhuǎn)換AT89C51串行接口
MAX5631是美國(guó)MAXIM公司生產(chǎn)的一種32通道高速度采樣保持D/A轉(zhuǎn)換器。它內(nèi)含一個(gè)16位DAC、一個(gè)帶內(nèi)部時(shí)鐘的時(shí)序控制器、一個(gè)片內(nèi)RAM以及32路采樣保持放大器。其中DAC電路由兩部分組成。在16位DAC中，高4位可通過15個(gè)同值電阻組成的權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)來完成相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，其余位的轉(zhuǎn)換則由一個(gè)12位R-2R梯形網(wǎng)絡(luò)來完成。其32路帶緩沖的采樣保持電路通過內(nèi)部保持電容來使輸出壓降維持在每秒1mV的范圍內(nèi)，且不需要配置外部增益和偏置電路。
MAX5631能提供最大200μV的分辨率和0.015%FSR的高精度轉(zhuǎn)換，其輸出電壓范圍為-4.5V~9.2V，并具有工作溫度范圍以及串行接口靈活等特點(diǎn)，適用地處理大量模擬數(shù)據(jù)輸出的場(chǎng)合。
1引腳說明
圖1所示是MAX5631的引腳列圖。該器件共有64個(gè)引腳，大致可分成以下幾類：
�。�1）電源類：其中第4腳為D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器的+5V供電電源。第9腳為+5V邏輯電源，第14腳為+5V采樣保持電路。16、32、46腳為負(fù)電源，17、39、48腳為正電源。13腳為數(shù)字地，15、25、40、55、62腳為模擬地，63腳為電壓參考輸入。
�。�2）控制類：其中第5腳RST為復(fù)位輸入，6腳CS為片選輸入，10腳IMMED為立即更新模式，18、33、49腳（CL）為輸出鉗位電壓低位。31、47、64腳（CH）為輸出鉗位電壓高位。
�。�3）時(shí)鐘類：11腳ECLK為外部時(shí)序時(shí)鐘輸入，12腳CLKSEL為時(shí)鐘選擇輸入。
�。�4）串行接口類：7腳DIN為串行數(shù)據(jù)輸入，8腳SCLK為串行時(shí)鐘輸入。
�。�5）輸出類：該類引腳主要有OUT0~OUT31共32個(gè)輸出端。
2MAX5631的功能結(jié)構(gòu)和工作模式
MAX5631的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。下面介紹MAX5631的輸入字、轉(zhuǎn)換時(shí)序及工作模式。
2．1輸入字及轉(zhuǎn)換時(shí)序
MAX5631的轉(zhuǎn)換過程是先從串行數(shù)據(jù)端DIN送進(jìn)要轉(zhuǎn)換的16位數(shù)據(jù)D15~D0（高位在前，低位在后），然后送進(jìn)5腳地址A4~A0（用這5位地址編碼來選擇輸出通道號(hào)）。地址的后兩位是控制字C1和C0，其中C1為1為立即更新模式，為0則為猝發(fā)模式；C0為1表示選擇外部時(shí)鐘序列，為0則選擇內(nèi)部時(shí)鐘序列。C1、C0之后應(yīng)補(bǔ)一位0。見表1。
表1輸入字序列
數(shù)據(jù)地址控制D15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0A4A3A2A1A0C1C00MSBLSM
圖3是MAX5631的時(shí)序圖，當(dāng)片選CS變低后，系統(tǒng)將在每一個(gè)時(shí)鐘的上升沿送出一位數(shù)據(jù)。送完最后一位數(shù)據(jù)（即第24位數(shù)據(jù)后）后片選CS變高。而當(dāng)CS為高電平時(shí)，任何輸入數(shù)據(jù)都是無效的。
2．2工作模式
MAX5631有三種工作模式，分別為順序模式、立即更新模式和猝發(fā)模式。其中順序模式為默認(rèn)工作模式。在順序工作模式下，內(nèi)部時(shí)序控制器按順序循環(huán)訪問SRAM，并將對(duì)應(yīng)的數(shù)字量裝入DAC，同時(shí)更新相應(yīng)的采樣保持器。所以，在采用內(nèi)部順序控制時(shí)鐘時(shí)，順序工作模式下更新32路輸出的時(shí)間為320μs。而當(dāng)采用外部順序控制時(shí)鐘時(shí)，整個(gè)更新過程需要128個(gè)時(shí)鐘周期。
立即更新模式用于更新單片SRAM的內(nèi)容，同時(shí)更新相應(yīng)的采樣保持放大器輸出。在這種模式下，所選擇的通道輸出會(huì)在順序操作恢復(fù)前更新。用戶可以通過設(shè)置IMMED或使C1為高電平來選擇立即更新模式。當(dāng)片選CS為低電平時(shí)，原訪問順序被打斷。輸入字被存儲(chǔ)在對(duì)應(yīng)于被選擇通道的SRAM中。此時(shí)DAC轉(zhuǎn)換和相應(yīng)的采樣保持對(duì)輸入串口完全透明。相應(yīng)的輸出通道將得到立即更新。更新后，時(shí)序?qū)⒒氐皆瓉碇袛嗟腟RAM地址重新開始順序更新。立即更新操作需要占用兩個(gè)時(shí)序周期，其中一個(gè)周期用來使時(shí)序控制器繼續(xù)完成正在進(jìn)行的操作，另一個(gè)用來進(jìn)行新數(shù)據(jù)的更新。圖4（a）所表示的就是立即更新模式的例子。當(dāng)7通道正在更新的時(shí)候，20通道正在裝載數(shù)據(jù)。此時(shí)，如果CS變?yōu)榈碗娖�，則原順序操作被中斷，而當(dāng)CS變?yōu)楦唠娖胶�，通�?0將立即更新，然后是通道7的更新以后的操作依據(jù)原序列進(jìn)行。
猝發(fā)模式是一種高速裝入多地址SRAM的方法，但此時(shí)數(shù)據(jù)不被立即更新，而只有在數(shù)據(jù)猝發(fā)裝入完成并將控制返回到時(shí)序控制器后才進(jìn)行更新。用戶通過將IMMED和C1同時(shí)保持低電平可選擇猝發(fā)模式。當(dāng)CS變低時(shí)，順序操作被中斷，可以給相應(yīng)的SRAM中裝入數(shù)據(jù)。而當(dāng)CS變高時(shí)，順序操作從中斷的地方重新開始。各通道按順序依次更新數(shù)據(jù)。猝發(fā)操作后，一般需要一個(gè)時(shí)序循環(huán)才能再次讀取串口數(shù)據(jù)以保證所有通道的被猝發(fā)數(shù)據(jù)更新。圖4（b）所示是在通道7被更新時(shí)，片選CS變成低電平開始裝入所有數(shù)據(jù)的例子，此時(shí)沒有任何一個(gè)通道的數(shù)據(jù)能被更新。當(dāng)片選CS變成高電平時(shí)，系統(tǒng)將從通道7重新開始順序更新操作。
3硬件連接電路
MAX5631與單片機(jī)AT89C51的硬件連接如圖5所示。片選CS可控制MAX5631是否被選中。CS為低后，所有的轉(zhuǎn)換開始有效。DIN為串行數(shù)據(jù)輸入，SCLK為外部時(shí)鐘輸入。IMMED為模式選擇，該腳為高或者控制字C1為高表示選擇立即更新模式；當(dāng)IMMED和C1同時(shí)為低表示猝發(fā)模式。在所給出的硬件連接圖中，這兩種模式可通過P1.4的控制加以選擇。如果已經(jīng)固定選擇了某一模式，也可以將該腳直接接地或電源。CLKSEL為時(shí)鐘選擇端，當(dāng)C0或者該腳為高電平時(shí)，系統(tǒng)選擇外部時(shí)鐘模式，此時(shí)內(nèi)部時(shí)鐘模式將被關(guān)閉。所給的硬件連接圖為外部時(shí)鐘模式。ECLK為外部時(shí)鐘模式控制引腳，可用于控制外部時(shí)鐘。RST為輸入復(fù)位端。
圖4
4軟件程序設(shè)計(jì)
下面是針對(duì)圖5硬件連接電路給出的相應(yīng)C評(píng)議程序。其中單片機(jī)晶振頻率為11.0592Hz。設(shè)計(jì)時(shí)，首先送入24個(gè)輸入字，其中前16位是要轉(zhuǎn)換的16位數(shù)（用第一個(gè)循環(huán)實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)），后8位是通過地址選擇的輸出數(shù)據(jù)通道號(hào)。
Max5631(unsignedintData,unsignedcharChan)
{
unsignedcharBitCounterData=16,BitCounterChan=8;//位數(shù)控制
unsignedcharTempChan;//中間臨時(shí)通道號(hào)
unsignedintTempData;//中間臨時(shí)變量
TempData=Data;
TempChan=Chan;
TempChan<<=3;
TempChan&=0xfffe;
SCL=0;//時(shí)鐘線為低電平
SCS=0；//片選為低電平
do{
SCL=0;
-nop-();
if((TempData&0x8000)==0x8000)//如果最高位是1
SDA=1；
Else
SDA=0;//數(shù)據(jù)線為低電平
SCL=1;
TempData=TempData<<1;左移
BitCounterData--;
}while(BitCounterData);
do{
SCL=0;
-nop-();
if((TempChan&0x0080)==0x0080)//如果最高位是1
SDA=1；
else
SDA=0;
SDA=0;
SCL=1;
TempChan=TempChan<<1;//左移
BitCounterChan--;
}while(BitCounterChan);
SCL=0;
SCS=1;
}
5結(jié)束語
MAX5631是MAXIM公司推出的多通道D/A轉(zhuǎn)換器。該器件接口簡(jiǎn)單，特別適用于控制多路模擬信號(hào)，可廣泛應(yīng)用于自動(dòng)監(jiān)測(cè)、工業(yè)控制程序及光電控制電路等場(chǎng)合。
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