32通道16位D/A轉(zhuǎn)換器MAX5631的原理及應(yīng)用

AN style="FONT-FAMILY: 宋體; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">    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：MAX5631 D/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(guò)15個(gè)同值電阻組成的權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)來(lái)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(lái)完成。其32路帶緩沖的采樣保持電路通過(guò)內(nèi)部保持電容來(lái)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(shuō)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。

2 MAX5631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(guò)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(lái)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(jiàn)表1。

表1 輸入字序列

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(wú)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(wèn)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(guò)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(guò)設(shè)置IMMED或使C1為高電平來(lái)選擇立即更新模式。當(dāng)片選CS為低電平時(shí)，原訪問(wèn)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?lái)中斷的SRAM地址重新開(kāi)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(lái)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(lái)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)楦唠娖胶螅ǖ?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(guò)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(kāi)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(kāi)始裝入所有數(shù)據(jù)的例子，此時(shí)沒(méi)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(kāi)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(kāi)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(guò)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(guò)地址選擇的輸出數(shù)據(jù)通道號(hào)。

Max5631(unsigned int Data,unsigned char Chan)

{

unsigned char BitCounterData=16,BitCounter Chan=8;//位數(shù)控制

unsigned char TempChan;//中間臨時(shí)通道號(hào)

unsigned int TempData;//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(yǔ)

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。