八路13位數(shù)模轉(zhuǎn)換器MAX547的原理及應(yīng)用

    MAX547是MAXIM公司生產(chǎn)的8通道、13位輸入、電壓輸出的D/A轉(zhuǎn)換器。其轉(zhuǎn)換是通過倒置的“R-2R”梯形網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)精確輸出放大器可提供電壓輸出。在不需要外部元器件的前提下，MAX547的電壓擺幅達(dá)-4.5V～+4.5V為雙極性電壓輸出。MAX547內(nèi)含帶有13位并行數(shù)據(jù)總線的雙緩沖接口邏輯電路。所有邏輯輸入均與微機(jī)和TTL/CMOS電平兼容。另外，它的輸出建立時間短，輸出電壓與輸入數(shù)字量的線性好。MAX547可用于工業(yè)過程的自動控制、設(shè)備的自動檢測、數(shù)字補(bǔ)償/增益調(diào)整的隨機(jī)函數(shù)發(fā)生器等。

    2．MAX547的特點(diǎn)及引腳功能

    MAX547具有如下特點(diǎn)：

    ·不需調(diào)整，滿13位有效；

    ·片內(nèi)有8通道的D/A轉(zhuǎn)換器；

    ·具有緩沖輸出；

    ·出廠時線性已校準(zhǔn)；

    ·輸出與輸入一一對應(yīng)；

    ·單極性或雙極性輸出的電壓擺幅達(dá)±4.5V；

    ·輸出建立時間短（5μs±1/2LSB）；

    ·具有雙緩沖輸入鎖存器；

    ·數(shù)字輸入非同步裝載，一次裝載一對DAC鎖存器；

    ·具有非同步的清除輸入信號，可將DAC鎖存器內(nèi)容同時復(fù)位到模擬地電平；

    ·與微處理機(jī)和TTL/CMOS電平兼容。

    MAX547有PLCC和塑料FP兩種封裝形式，塑料扁平封裝的MAX547管腳排列如圖1所示，管腳功能

    3．工作原理

    3．1D/A轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)

    MAX547的D/A轉(zhuǎn)換是通過倒置的“R-2R”梯形網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的，這些網(wǎng)絡(luò)可將13位數(shù)字輸入量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬輸出電壓。輸出電壓的大小與輸入的基準(zhǔn)電壓大小成正比。MAX547芯片中每兩個通道DAC共用一個基準(zhǔn)電壓輸入端（REF）和一個模擬地輸入端（AGND）。每個REF輸入信號決定其所控制通道的滿量程輸出電壓。每個AGND輸入信號決定其所控制通道的偏置電壓。圖2所示是MAX547通過倒置的“R-2R”梯形網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)化的簡化電路原理圖。

    圖2中，DAC梯形網(wǎng)絡(luò)的輸出由增益為2的運(yùn)算放大器緩沖。所有緩沖放大器的反相結(jié)點(diǎn)連接各自的基準(zhǔn)電壓輸入端REF。這樣雙極性電壓輸出范圍可以-REF～+REF(4095/4096)。

    3．2MAX547工作時序

    驅(qū)動MAX547的異步輸入信號可將數(shù)據(jù)從輸入鎖存器傳送到DAC鎖存器。DAC鎖存器的數(shù)據(jù)用來設(shè)置輸出電壓。所有輸入端的控制邏輯均通過電平觸發(fā)實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)可以鎖存也可以直接傳送給DAC鎖存器。由和信號共同控制輸入鎖存器。信號用于控制數(shù)據(jù)從輸入鎖存器傳送到DAC鎖存器。當(dāng)和信號同時為邏輯低電平時，輸入鎖存器打開；當(dāng)信號為邏輯低電平時，DAC鎖存器打開，在和為低電平期間，地址線A0，A1，A2必須有效，如圖3所示。否則，數(shù)據(jù)會被寫進(jìn)錯誤的DAC。當(dāng)和兩信號中有一個為邏輯高電平時，數(shù)據(jù)將鎖存在輸入鎖存器，在信號翻傳至邏輯高電平的瞬間，MAX547再把數(shù)據(jù)鎖存至DAC鎖存器。若和信號為邏輯低電平，信號出被置為邏輯低電平，要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)正確傳送，信號必須在和信號失效后持續(xù)t3或更長時間的邏輯低電平，如圖3所示。驅(qū)異步信號至邏輯低電平可使所有DAC的輸出端復(fù)位到模似地電平，而與此時、、端輸入信號的狀態(tài)無關(guān)。在信號翻轉(zhuǎn)至邏輯高電平的瞬間，數(shù)據(jù)1000H都被鎖存至所有的輸入鎖存器和DAC鎖存器中。

    4．與MCS8051單片機(jī)的接口電路

      MAX547與8051單片機(jī)的接口電路如圖4所示。由于MAX547有13位輸入位，而8051單片機(jī)只有8根數(shù)據(jù)線，所以單片機(jī)需分兩次發(fā)送要轉(zhuǎn)換的某一數(shù)據(jù)，因此，電路中選用了74LS377作為數(shù)據(jù)鎖存器。它的相關(guān)指令如下：

    假設(shè)選擇0通道()，轉(zhuǎn)換數(shù)暫存R1（高5位）和R0（低8位）中，則程序如下：

    MOV    DPTR，#8000H

    MOV    A，R0

    MOVX   A，@DPTR    ；選中鎖存器74LS377，并鎖存低8位。

     CLR  P1.0;DAC A的鎖存器透明。

  MOV  DPTR，#0000H

    MOV  A，R1

    MOVX   A，@DPTR   ；選中MAX547及0通道，轉(zhuǎn)換數(shù)送入DACA的輸入鎖存器

  NOP

    SETB  P1.0   ；轉(zhuǎn)換數(shù)送入DAC A鎖存器，同時輸出結(jié)果。

    如果要獲得±2.5V的滿量程輸出電壓擺幅，可以選用MAX873作基準(zhǔn)，它可以同時驅(qū)動全部4個基準(zhǔn)輸入端。若想獲得一個±4.096V的輸出電壓擺幅（1LSB=1mV），可以選用MAX676，它在+5V電源下足以驅(qū)動2個基準(zhǔn)輸入端。

    用一個運(yùn)算放大器可以緩沖基準(zhǔn)輸入以獲取較高精度并可以使用具有極低驅(qū)動能力的基準(zhǔn)輸入端。圖4中運(yùn)算放大器的負(fù)結(jié)點(diǎn)直接接MAX547的基準(zhǔn)終點(diǎn)，并直接從基準(zhǔn)輸入端用低電流導(dǎo)線檢測電壓，以消除電路板引線阻抗的影響。而把反饋電阻加到各個基準(zhǔn)緩沖放大器是為了能通過單個基準(zhǔn)產(chǎn)生不同的基準(zhǔn)電壓。每一個基準(zhǔn)輸入端用一個0.1μF/50V的鉭電容接地，可以降低系統(tǒng)噪聲對轉(zhuǎn)換精度的影響。

    AGND端接REF/2能獲得正單極性輸出。調(diào)節(jié)R2，則AGND可被偏置到電源電壓范圍內(nèi)的任何電壓，但要確保所用運(yùn)算放大器有足夠的吸收電流能力以吸收模擬地端的電流。雙極性輸出時，用一個帶有未斷開模擬地的多層印制板電路作模擬地可獲得最優(yōu)的工作表現(xiàn)。在正常工作情況下，當(dāng)所有AGND管腳電勢相等時，把4個AGND管腳連接到同一點(diǎn)并同時作為數(shù)字系統(tǒng)的接地點(diǎn)，可最大限度地消除地線噪聲對轉(zhuǎn)換精度的影響。

    另外一種接地設(shè)計方法是數(shù)字式偏置AG-ND。即把一個DAC的輸出連接到一個或多個AGND的輸入端。用這種方法時，不要把一個DAC的輸出與它自己的AGDN輸入端相連。

    另外，在開啟電源時應(yīng)保證進(jìn)入任何基準(zhǔn)電壓輸入腳的電流不超過10mA。圖4中在VSS和GND間連接了一個肖特基管，以確保VSS電位不超過地電位300mV以上。在VSS與GND，VDD與GND之間接1μF的獨(dú)石旁路電容可濾除電源和地之間的高頻干擾。在電源穩(wěn)定之前，為避免電源干擾信號影響轉(zhuǎn)換精度，其邏輯輸入端不能有電流輸入。數(shù)字線可能驅(qū)動超過10mA的電流，因此應(yīng)在邏輯管腳設(shè)置限流電阻（如470Ω）。