8位電壓輸出型數(shù)模轉(zhuǎn)換器MAX517的性能特點和應用范圍分析

引言

在計算機的測控系統(tǒng)中，常要用到模擬輸出，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）就是一種將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬電信號的器件。DAC根據(jù)輸入數(shù)據(jù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換的輸出建立時間，比如在數(shù)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(shù)控系統(tǒng)輸出的模擬電壓，當需要改變主軸轉(zhuǎn)速時，從數(shù)字量轉(zhuǎn)速的輸入到模擬量轉(zhuǎn)速的實現(xiàn)，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(shù)控系統(tǒng)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(chǎn)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(shù)模轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)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(zhuǎn)換的數(shù)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(shù)據(jù)傳送即告結(jié)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(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，低位在先，高位在后。當一個8位的數(shù)據(jù)寫入CPU的串行口發(fā)送緩沖器SBUF時，串行口即將8位數(shù)據(jù)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(shù)控系統(tǒng)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(shù)據(jù)傳送，但會導致系統(tǒng)的處理速度大大降低。因此，采用CPU串口方式0進行數(shù)據(jù)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(tǒng)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(tǒng)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(shù)據(jù)傳送的軟件流程如圖5所示。在數(shù)據(jù)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(chǎn)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(jù)MAX517的工作時序，當且僅當SCL=0（即P1.1=0）時，SDA才能產(chǎn)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(jié)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(chǎn)生正跳變，標志著傳送的結(jié)束。

在普通輸出方式下，不占用CPU的串行口，不影響本系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的串行數(shù)據(jù)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(jié)束語

在研制的機床數(shù)控系統(tǒng)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(shù)據(jù)，實現(xiàn)了對交流變頻器的控制。應用實踐表明，采用MAX517進行D/A轉(zhuǎn)換時，硬件連接簡單，軟件編程方便，器件成本低廉，系統(tǒng)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。

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