可編程雙路12位D/A轉(zhuǎn)換器在工業(yè)儀表中的應(yīng)用

引言
隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，在工業(yè)中使用的儀表日趨智能化、多功能化、小型化，其硬件電路設(shè)計(jì)大多采用單片機(jī)微處理器為核心，再配以外圍電路構(gòu)成。由于部分儀表需要把現(xiàn)場(chǎng)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)輸入，再把單片機(jī)經(jīng)數(shù)據(jù)處理后得到的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出，因此，這些儀表的硬件電路設(shè)計(jì)需要同時(shí)具有模數(shù)（a/d）轉(zhuǎn)換和數(shù)模（d/a）轉(zhuǎn)換兩種功能。

在同時(shí)需要d/a和a/d轉(zhuǎn)換功能的儀表中，可以用一片a/d轉(zhuǎn)換器和一片d/a轉(zhuǎn)換器來分別實(shí)現(xiàn)a/d和d/a轉(zhuǎn)換功能，但由于a/d和d/a轉(zhuǎn)換器芯片的價(jià)格都較高，儀表的成本也將較高。筆者在某工業(yè)儀表設(shè)計(jì)中采用可編程雙通道d/a轉(zhuǎn)換器tlc5618的一個(gè)通道實(shí)現(xiàn)d/a轉(zhuǎn)換的同時(shí)，用它的另一個(gè)通道通過軟件編程以逐次比較方式來實(shí)現(xiàn)a/d功能。實(shí)際應(yīng)用效果較好，該應(yīng)用方法具有以下特點(diǎn)：①節(jié)省一片a/d轉(zhuǎn)換器，降低了儀表成本。②tlc5618體積?。?引腳的小型d封裝），便于小型化設(shè)計(jì)，減少了印刷線路板面積。③tlc5618采用3線串行數(shù)據(jù)輸入方式，占用cpu的i/o口線少，硬件搭接簡(jiǎn)單，外圍器件少，軟件編程方便。④對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)1～5v信號(hào)tlc5618的分辨率至少可達(dá)到1.3mv，完全可滿足工業(yè)過程控制精度要求。⑤通過軟件編程以逐次比較方式來實(shí)現(xiàn)a/d轉(zhuǎn)換建立時(shí)間約為400μs。

tlc5618應(yīng)用實(shí)例

下面具體介紹采用一片可編程雙通道d/a轉(zhuǎn)換器tlc5618的一個(gè)通道實(shí)現(xiàn)d/a轉(zhuǎn)換的同時(shí)，用它的另一個(gè)通道通過軟件編程以逐次比較方式來實(shí)現(xiàn)a/d轉(zhuǎn)換功能的實(shí)際應(yīng)用方法。其硬件設(shè)計(jì)如圖1所示

tlc5618是帶有緩沖基準(zhǔn)輸入（高阻抗）的雙路12位電壓輸出數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器（dac），8引腳的小型d封裝，需+5v 單電源工作，其輸出電壓范圍為基準(zhǔn)電壓的兩倍，因此，電路設(shè)計(jì)采用了1.2v基準(zhǔn)電壓（如lm385）。

通過cmos兼容的3線串行總線單片機(jī)可以對(duì)tlc5618實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，器件接收用于編程的16位輸入字產(chǎn)生模擬輸出。16位輸入字的高4位為編程控制位，通過對(duì)編程控制位的設(shè)定，可以有三種不同的輸出方式，低12 位為被轉(zhuǎn)換的數(shù)字量。數(shù)據(jù)從串行數(shù)據(jù)輸入端din按從高位到低位的順序依次輸入，單片機(jī)串行通訊可工作在操作模式0下，串行口作同步移位寄存器用或采用其它i/o口模擬串行口方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。這里值得注意的是單片機(jī)工作在操作模式0下時(shí)，串行口發(fā)送或接收的是8位數(shù)據(jù)，且低位在前，與tlc5618的數(shù)據(jù)接收時(shí)序相反。因此單片機(jī)應(yīng)先將數(shù)據(jù)進(jìn)行高低位交換后再進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。

1．d/a功能的實(shí)現(xiàn)
該功能只占用tlc5618的outb輸出通道，若指定建立時(shí)間為3μs，則前4位編程控制位應(yīng)為00xx。前4位編程控制位和被轉(zhuǎn)換的12位數(shù)字量組成高8位+低8位=16位的輸入字，從串行數(shù)據(jù)輸入端din按從高位到低位的順序依次輸入，轉(zhuǎn)換結(jié)果電壓從tlc5618 的outb輸出。本電路通過v-i轉(zhuǎn)換電路（見圖1）實(shí)現(xiàn)電壓到電流的轉(zhuǎn)換。這里不再祥述。

2．a(chǎn)/d功能的實(shí)現(xiàn)
在本電路中沒有單獨(dú)使用a/d轉(zhuǎn)換器，a/d轉(zhuǎn)換功能是通過雙路d/a轉(zhuǎn)換器tlc5618的另一個(gè)輸出通道outa，通過一級(jí)放大電路和比較電路，并通過軟件編程采用逐次比較法來實(shí)現(xiàn)的。即在雙通道d/a轉(zhuǎn)換器tlc5618的串行數(shù)據(jù)輸入端din逐次輸入按位依次指定的12位數(shù)字量（如x800h），并將每次輸入數(shù)字量的d/a轉(zhuǎn)換結(jié)果同實(shí)際輸入的模擬電壓進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果來決定每次指定的位應(yīng)為"0"或"1"，當(dāng)最后一位確定后，這個(gè)按位被指定的數(shù)字量就是最終a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果。具體原理如下：

每次a/d轉(zhuǎn)換過程中，前4位編程位一直為10xx。前4位編程位和后面12位轉(zhuǎn)換數(shù)字量構(gòu)成高8位+低8位=16位的輸入字。

每次a/d轉(zhuǎn)換前先指定12位輸入數(shù)字量（不包括4位編程位）的最高位為 "1"輸入tlc5618進(jìn)行d/a轉(zhuǎn)換，d/a轉(zhuǎn)換的結(jié)果從outa輸出后，經(jīng)過一級(jí)放大電路，通過比較電路與實(shí)際輸入的模擬電壓比較。若轉(zhuǎn)換結(jié)果電壓大于輸入的模擬電壓，則三極管t1基極為高電平，t1導(dǎo)通，p0.2被下拉為低電平；否則轉(zhuǎn)換結(jié)果電壓小于輸入的模擬電壓，則三極管t1基極為低電平，t1截止，p0.2被上拉為高電平。單片機(jī)通過檢測(cè)p0.2的狀態(tài)，如果p0.2為高電平，則保留本位的"1"；否則p0.2為低電平，則將本位的"1"變?yōu)?0"。這樣12位數(shù)字量中的一位就被確定下來，然后再指定下一位為"1"，再經(jīng)過d/a轉(zhuǎn)換、放大、比較，并檢測(cè)p0.2的狀態(tài)，該位又被確定下來。依次類推，直到12位數(shù)字量全被確定下來，這個(gè)12位的數(shù)字量的d/a轉(zhuǎn)換結(jié)果將最接近輸入的模擬電壓，它實(shí)際就是a/d轉(zhuǎn)換的結(jié)果。注意單片機(jī)在檢測(cè)i/o比較結(jié)果狀態(tài)時(shí)，應(yīng)加入約為10μs的時(shí)間延時(shí)。

另外，本電路僅具有一個(gè)模擬量輸入信號(hào)，如需有多個(gè)模擬量輸入信號(hào)，可不必加模擬開關(guān)，只需增加比較電路即可，多個(gè)模擬量輸入信號(hào)均可與d/a轉(zhuǎn)換器經(jīng)一級(jí)放大電路的輸出信號(hào)比較，并通過相應(yīng)的a/d轉(zhuǎn)換子程序?qū)崿F(xiàn)a/d轉(zhuǎn)換。

結(jié)語
在工業(yè)儀表日益向多功能化、智能化、小型化發(fā)展的今天，雙通道d/a轉(zhuǎn)換器tlc5618以其優(yōu)勢(shì)的性能越來越受青睞。該電路應(yīng)用充分發(fā)揮了tlc5618性能特點(diǎn)，大大降低了硬件成本，提高了產(chǎn)品的性能價(jià)格比。筆者認(rèn)為可編程雙通道d/a轉(zhuǎn)換器tlc5618是一種值得廣泛推廣應(yīng)用的產(chǎn)品。