串行D／A轉換器與單片機的接口設計

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

關(guān)鍵詞：串行D／A；I2C總線(xiàn)；單片機

1引言

MAX521是一種2線(xiàn)8路八位電壓輸出DAC（數模轉換器）。MAX521有5路參考電壓輸入，前面的四路DAC（DAC0～DAC3）每路有一個(gè)獨立的參考電壓輸入（REF0～REF3），允許獨立地設置每路的電壓范圍；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置軟件協(xié)議，允許最高轉換頻率達400kbps。MAX521的接口具有雙緩沖輸入結構，允許DAC的寄存器單獨或者同時(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。

應用范圍：最小模擬器件系統；數據偏移／采樣調節；工業(yè)過(guò)程控制；自動(dòng)檢測設備。

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：設備地址輸入引腳；SCL：串行時(shí)鐘輸入端；SDA：串行數據輸入端；DGND：數字信號地；AGND：模擬信號地

2MAX521的軟件通訊協(xié)議

I2C總線(xiàn)組成：僅由兩條線(xiàn)組成。一條是時(shí)鐘線(xiàn)（SCL），另一條是數據線(xiàn)（SDA）。SCL線(xiàn)為時(shí)鐘信號，由總線(xiàn)控制設備產(chǎn)生，為總線(xiàn)提供統一的時(shí)鐘信號。

SDA線(xiàn)為數據信號，在總線(xiàn)控制設備和總線(xiàn)上的其他設備間進(jìn)行雙向傳送。

I2C總線(xiàn)協(xié)議規定：SCL為高電平時(shí)SDA信號有效，SDA線(xiàn)上的數據變化應在SCL為低電平時(shí)進(jìn)行。此規定唯一的例外是開(kāi)始信號和停止信號。

I2C輸入／輸出一個(gè)字節的格式是高位在前、低位在后。每一次I2C總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)是由一系列的基本操作組成的，下面對這些基本操作進(jìn)行詳細解釋。

2．1開(kāi)始信號

每次I2C總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)前要在總線(xiàn)上發(fā)送開(kāi)始信號。當SCL線(xiàn)為高電平時(shí)，SDA線(xiàn)由高變低，便形成開(kāi)始信號。

2．2結束信號

每次I2C總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)后要在總線(xiàn)上發(fā)送結束信號。當SCL線(xiàn)為高電平時(shí)，SDA線(xiàn)由低變高，便形成結束信號。

開(kāi)始信號和停止信號的時(shí)序圖如下：

2．3器件尋址字節

無(wú)論讀寫(xiě)操作均需一個(gè)器件尋址字節。MAX521的尋址字節的前五位為01010（選中該設備的標志代碼）。后兩位為設備地址，由MAX521的AD0、AD1引腳的狀態(tài)決定。最后一位X是向設備寫(xiě)入或讀出數據，若向MAX521寫(xiě)入數據時(shí)X為0。

下面是MAX521完整的工作時(shí)序圖：

2．4數據地址字節或命令字節

設備尋址字節后為命令字。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。數據地址字節或命令字節的工作時(shí)序見(jiàn)圖4：

R2R1R0設置為0，屬保留位。當RST為高時(shí)，MAX521復位所有DAC寄存器，但輸出一直保持到“停止”信號。當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)通道地址設置和輸出字節設置狀態(tài)，此時(shí)提供最大電流為20μA。當PD位為低時(shí)，MAX521返回正常工作狀態(tài)后緊跟著(zhù)發(fā)送“停止信號”，DAC輸出的電壓取決于當前通道地址設置和輸出字節設置情況。

2．5應答信號

在每傳送完一個(gè)地址字節或一個(gè)數據字節之后的第九個(gè)時(shí)鐘脈沖期間，接收方在SDA線(xiàn)上產(chǎn)生一個(gè)低電平的應答信號ACK，以通知發(fā)送方數據已接收到，可以繼續發(fā)送。所有數據傳送完畢后，單片機向SDA線(xiàn)發(fā)送一個(gè)停止信號，結束該次數據傳送。

注意：

1）總線(xiàn)空閑時(shí)，SCL和SDA線(xiàn)應保持在高電平。

2）一次新的啟動(dòng)前，總線(xiàn)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(kāi)始信號建立時(shí)間、結束信號建立時(shí)均需大于4．7μs。

4）兩次寫(xiě)發(fā)送時(shí)間間隔tWR＞10ms。

5）SCL線(xiàn)的操作速率可以達到400kHz。

3MAX521與MCU的接口和程序

如圖1所示，MAX521與單片機的P1．6、P1．7相連，并把它作為I2C總線(xiàn)來(lái)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。設備地址設為01B。OUTPUT后接執行設備。

4結束語(yǔ)

本系統已成功應用在具有多個(gè)DAC轉換的電路中，比通常并行DAC器件節省，并為智能化設備研發(fā)提供了很好的方案。