二線串行8位數模轉換器MAX517的特性與應用(圖)
關鍵詞:數模轉換器;max517;單片機;通信;應用
---在計算機的測控系統中,常要用到模擬輸出,數模轉換器(dac)就是一種將數字信號轉換成模擬電信號的器件。dac根據輸入數據的格式一般分為并行和串行兩種,并行的dac通常有8位、10位、12位和16位等,并行芯片進行d/a轉換時,輸出建立時間短,通常不超過10μs,但它們的引腳比較多,芯片體積大,與cpu連接時電路較復雜。有些應用并不太計較d/a轉換的輸出建立時間,比如在數控機床中,主軸電機通常由交流變頻器來控制,交流變頻器接受數控系統輸出的模擬電壓,當需要改變主軸轉速時,從數字量轉速的輸入到模擬量轉速的實現,由于三相異步電機的啟動,中間通常有一個較長的時間(一般需要1~3s)。此時,在數控系統中,選用串行dac來控制變頻器,即可滿足要求,雖然輸出建立時間比并行dac稍長(通常也不超過100μs),但這樣的時間與電機的啟動時間比起來,完全可以忽略不計,且串行dac與cpu連接時所用引線少、電路簡單,芯片體積小、價格低。
---當精度要求不是太高時,對于單路的dac,可以選用美國maxim公司生產的8位串行d/a芯片max517。本文將主要介紹max517的特性及其與at89s52單片機的通信。
max517的性能簡介
---max517是8位電壓輸出型數模轉換器,它帶有簡單的雙線串行接口,允許多個設備之間進行通信。max517使用簡單的雙線串行接口,只需要標準的微處理器提供2根總線與之相連,如圖1所示。微處理器的scl輸出時鐘信號,sda輸出數據。當微處理器的scl傳送時鐘脈沖時,對于max517來說,最高頻率不能超過400khz,即波特率不超過400kbps。圖2是max517的一個完整的串行數據傳送時序。
---首先,微處理器應給max517一個地址字節(jié),max517收到之后,給處理器一個應答信號;其次,處理器再給max517一個命令字節(jié),max517收到之后,又發(fā)一個應答信號給處理器;最后,處理器將要轉換的數字量(輸出字節(jié))送給max517,max517收到之后,再一次向處理器發(fā)送一個應答信號。至此,一個完整的串行數據傳送即告結束。
max517與at89s52單片機的通信
---對于at89s52單片機來說,有兩種方式向max517傳送數據,一種是串行傳送方式,另外一種是普通輸出方式。
● 串行傳送方式
---如圖4所示,將at89s52的rxd、txd引腳分別連接到max517的sda和scl引腳,把at89s52的串行口設置成工作方式0。此時,at89s52 cpu的串行口為同步移位寄存器方式,其波特率是固定的,為cpu晶振頻率fosc的 1/12,數據由rxd引腳出入,同步移位脈沖由txd引腳送出,發(fā)送或接收的是8位數據,低位在先,高位在后。當一個8位的數據寫入cpu的串行口發(fā)送緩沖器sbuf時,串行口即將8位數據以 fosc/12的波特率從rxd引腳輸出(從低位到高位),發(fā)送完成時,置中斷標志ti=1。采用上述傳送方式時,正好與max517的串行口特性相吻合。詳細的傳送程序清單如下。
---clr es ;關串行口中斷
---mov scon,#00h ;初始化,寫串行口控制字,取工作模式0
---mov a,#01011000b ;準備max517的地址字節(jié)
---mov sbuf,a ;向cpu的串口發(fā)送
---jnb ti,$ ;送完8位否?若未送完,則踏步等待
---clr ti ;若送完,則清ti標志
---jb p3.0,$ ;查應答信號
---nop ;地址已送完
---mov a,#00000000b ;準備max517的命令字節(jié)
---mov sbuf,a ;向cpu的串口發(fā)送
---jnb ti,$ ;送完8位否?若未送完,則踏步等待
---clr ti ;若送完,則清ti標志
---jb p3.0,$ ;查應答信號
---nop ;命令已送完
---mov a,#xxh ;準備max517的輸出字節(jié)
---mov sbuf,a ;向cpu的串口發(fā)送
---jnb ti,$ ;送完8位否?若未送完,則踏步等待
---clr ti ;若送完,則清ti標志
---jb p3.0,$ ;查應答信號
---nop ;輸出字節(jié)已送完
---ret
---值得注意的是,max517的+5v scl在接收cpu送來的脈沖信號時,fmax=400khz,而cpu的串口工作在方式0時,從txd引腳輸出的脈沖頻率ftxd=fosc/12。這樣,就要求ftxd=fosc/12≤400khz,即fosc≤4.8mhz,也就是說,cpu的晶振頻率不能超出4.8mhz。對于機床數控系統來說,選用mcs-51系列單片機作cpu時,若fosc≤4.8mhz,雖然照顧了max517的數據傳送,但會導致系統的處理速度大大降低。因此,采用cpu串口方式0進行數據傳送的方案,要視具體場合,在高速場合,通常不可取,只能用在低速場合。另外,采用串行傳送時,cpu就不能再與其他系統進行串行通信了。
● 普通輸出方式
---在普通輸出方式下,可以通過cpu的2根輸出線,或系統擴展輸出芯片(如8255a)的2根輸出線與max517進行通信。圖4中采用的是at89s52的p1.1、p1.0兩引腳,分別與max517的scl、sda兩引腳相連接。cpu遵照max517的工作時序,通過其p1.1引腳在必要的時候主動地輸出單個的時鐘脈沖,作為時鐘信號,然后從p1.0引腳逐個地輸出地址字節(jié)、命令字節(jié)和輸出字節(jié)。在普通輸出方式下,串行數據傳送的軟件流程如圖5所示。在數據的傳送過程中,必須遵守以下的約定:
(1)起始條件
---傳送沒有開始的時候,cpu 先將p1.1置高,使得max517的scl=1;然后cpu控制p1.0由高變低,使得max517的sda產生負跳變,標志著傳送的開始。
(2)中間過程
---中間過程需要傳送地址字節(jié)、命令字節(jié)和輸出字節(jié)。根據max517的工作時序,當且僅當scl=0(即p1.1=0)時,sda才能產生跳變(p1.0由0變1,或由1變0);當scl=1(即p1.1=1)時,sda狀態(tài)保持(即p1.0=0或1,保持不變)。
(3)終止條件
---當傳送快要結束的時候,cpu先將p1.1置高,使得max517的scl=1;然后cpu控制p1.0由低變高,使得max517的sda產生正跳變,標志著傳送的結束。
---在普通輸出方式下,不占用cpu的串行口,不影響本系統與其他系統的串行數據通信;并且普通輸出方式的傳送易于控制速度,不像串行傳送方式對cpu的晶振頻率有限制,因此推薦使用普通輸出方式。
結束語
---在研制的機床數控系統中,選擇at89s52單片機作為cpu,采用本文提出的普通輸出方式向max517傳送數據,實現了對交流變頻器的控制。應用實踐表明,采用max517進行d/a轉換時,硬件連接簡單,軟件編程方便,器件成本低廉,系統運行可靠。本文提出的單片機與max517的通信方式,對于max518和max519兩種dac也具有一定的參考價值。
參考文獻
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