串行D/A轉(zhuǎn)換器X79000的工作原理和應(yīng)用舉例分析

X79000是Xicor公司推出的12位單通道串行D/A轉(zhuǎn)換器。其建立時(shí)間僅為6s。該芯片內(nèi)置參考電壓，且內(nèi)帶56字節(jié)的EEPROM，可用于保存用戶數(shù)據(jù)。它可與MCU通過SPI進(jìn)行接口，最高速度可達(dá)5MHz。一個(gè)MCU系統(tǒng)最多可以同時(shí)連接8個(gè)X79000器件，從而可以實(shí)現(xiàn)8路相互獨(dú)立的高精度D/A輸出。另外，X79000還可通過IO引腳直接增加或減少輸出值，且每次的變化量都可以編程控制。X79000具有上電自動(dòng)恢復(fù)斷電前設(shè)定值的功能，它可在上電過程保持輸出高阻，待上電完成后自動(dòng)從非易失存儲(chǔ)器中讀出用戶的設(shè)定值并輸出。MCU通過檢查其提供的上電完成信號(hào)來判斷上電是否完成。雖然X79000是12位D/A轉(zhuǎn)換器，但如果設(shè)置合理，該器件可以達(dá)到16位D/A的性能。

1、引腳排列及說明

X79000的引腳排列如圖1所示，各引腳的功能如下：

CS：SPI接口片選，低電平有效。

SCK：SPI時(shí)鐘。

SI：SPI串行輸入。

SO：SPI串行數(shù)據(jù)輸出引腳。帶高阻輸出。

RDY：芯片上電完成標(biāo)志輸出引腳，低電平有效。該腳為漏極開路輸出。

CLR：該腳可用于清除DAC內(nèi)部寄存器，它內(nèi)部有下拉電阻。當(dāng)把該引腳接到高電平時(shí)，電路會(huì)輸出最低的電壓。

A2，A1，A0：多個(gè)X79000級(jí)聯(lián)時(shí)，用于地址選擇。內(nèi)部有下拉電阻。

OE：緩沖輸出使能引腳。高電平有效，低電平時(shí)輸出為高阻。

UP：當(dāng)工作在直接IO模式時(shí)，用于增大輸出值。內(nèi)部帶有尖脈沖濾波器。

DOWN：當(dāng)工作在直接IO模式時(shí)，用于減小輸出值。內(nèi)部帶有尖脈沖濾波器。

VCC：正電源，典型值為5V。

VSS：地。

Vout：直接輸出引腳，不受OE引腳的控制。

Vbuf：帶緩沖的輸出引腳。當(dāng)OE為高電平時(shí)，該引腳有輸出，當(dāng)OE為低電平時(shí)，該引腳有輸出，當(dāng)OE為低電平時(shí)，該腳無輸出。

VFB：有緩沖輸出時(shí)的反饋腳。

Vbuf：內(nèi)部參考電壓輸出引腳。

VH：當(dāng)配置寄存器的高3位VH設(shè)為0時(shí)，此引腳可作為滿量程時(shí)的輸入電壓，最高為3.065V。當(dāng)配置寄存器的高3位VH設(shè)為非0時(shí)，此引腳輸出電壓的最大值可以作為其它器件的參考電壓。

VL：功能與VH類似，只是對(duì)應(yīng)于最小值。

DNC：空腳。

2、 工作原理和使用說明

X79000可通過以下兩種工作方式來改變輸出電壓：

第一種方式是利用SPI總線，通過寫命令修改輸出值，這種方式適用于開環(huán)系統(tǒng)中的簡(jiǎn)單DC電壓調(diào)節(jié)；

第二種方式是使用UP/DOWN引腳直接修改輸出值。這種方式適用于閉環(huán)系統(tǒng)，可使輸出一步一步地接近設(shè)定值，然后禁止UP/DOWN引腳的功能，從而保持設(shè)定值不變。

X79000輸出電壓的范圍可由配置寄存器（地址為3CH）來確定，具體設(shè)置如表1所列。

表1 輸出電壓范圍的設(shè)置

表中的VH可用于確定輸出電壓的最大值，其范圍從0.605V到3.025V。VL則用于確定輸出電壓的最小值，其范圍從0.151V～2.42V。注意：VH一定要比VL大，否則芯片可能會(huì)工作不正常。

不管選擇什么值，輸出電壓的線性度都能得到保證。例如，要輸出1.9V～2.4V的電壓，可以選擇VH=2.42V，VL=1.815V，這樣，當(dāng)電壓輸出寄存器為0時(shí)，電壓輸出為1.815V，而當(dāng)輸出寄存器為0x3FF（滿量程）時(shí)，電壓輸出為2.42V。輸出電壓的最小變化單位為（2.42-1.815）/4096=0.147mV。如果用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的DAC器件來實(shí)現(xiàn)，則該DAC器件必須達(dá)到14位的分辨率。如果使用外部電壓作為輸出的最大或最小值，那么，設(shè)計(jì)時(shí)必須把VH或VL設(shè)成0。

X79000帶有1.21V的參考電壓輸出引腳Vref，該引腳的輸出電壓可作為其他器件的參考電壓。

X79000的控制寄存器如圖2所示，圖中，DAC11-DAC0是輸出寄存器，通過SPI接口可以修改該寄存器，從而改變電壓輸出。VH0～VH2和VH0～VH2分別用于確定輸出電壓的最大值和最小值。要注意的是Count8和Count10，它們的使用方法如表2所列。

表2 Count8和Count10的功能說明

當(dāng)Count8=1，Count10=0時(shí)，表示使用輸出寄存器的高8位。即在利用UP或DOWN引腳改變輸出寄存器的值時(shí)，其低4位保持不變，每次增加或減少0x10。寄存器的操作只能通過SPI接口來完成。

3、 應(yīng)用舉例

X79000與89C51的接口電路如圖3所示，圖中，使用89C51來模擬SPI接口。其具體操作過程如下：

（1）89C51上電后延時(shí)1秒，以等待整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位穩(wěn)定。

（2）寫X79000的配置寄存器3CH為0xB0，即配置輸出最高電壓為3.025V，最低電壓為1.815V。

（3）寫X79000的輸出寄存器38H和29H，設(shè)計(jì)時(shí)要千萬注意字節(jié)順序。

4 、結(jié)束語

將本電路用在細(xì)紗機(jī)控制系統(tǒng)中以控制變頻器已運(yùn)行了將近一年的時(shí)間，未出現(xiàn)過精度發(fā)生變化的情況，實(shí)踐證明：該電路輸出穩(wěn)定、性能可靠、精度較高。

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