MCS－51與串行D/A轉(zhuǎn)換器的接口設(shè)計

1. 概述

在微機控制的電氣設(shè)備中，常常需要把數(shù)字信號變成模擬信號，以驅(qū)動電氣設(shè)備的運行，在這個過程中，D/A轉(zhuǎn)換是一個十分重要的環(huán)節(jié)，亦是微機控制系統(tǒng)重要的組成部分。一般的D/A轉(zhuǎn)化芯片都是并行接口，如8位系列0830/0831/0832、10位系列7520/7530/7533和 12位系列1208/1209/1210等均為并行接口，14位、16位系列也全部為并行接口。只有AD7543是12位串行D/A轉(zhuǎn)換芯片，它是美國模擬器件公司(Analog Devices)的產(chǎn)品，屬于特殊用途D/A轉(zhuǎn)換器，和并行接口芯片有很大不同，使用該芯片構(gòu)成的系統(tǒng)具有接線簡單、使用方便、控制靈活的特點，具有較好的應(yīng)用前景和開發(fā)價值。

2. AD7543內(nèi)部框圖和特性

AD7543為16引腳雙列直插式封裝，內(nèi)部框圖和引腳符號如圖1所示。

AD7543的邏輯電路由12位串行輸入并行輸出移位寄存器(A)和12位DAC輸入寄存器(B)以及12位DAC單元組成。在選通輸入信號的前沿或后沿(由用戶選擇)定時地把RSI引腳上的串行數(shù)據(jù)裝入寄存器A，一旦寄存器A裝滿，在加載脈沖的控制下，寄存器A的數(shù)據(jù)便裝入寄存器B。并進行D/A轉(zhuǎn)換。

AD7543的引腳功能見表1。出現(xiàn)在AD7543的SRI引腳上的串行數(shù)據(jù)在STB1、STB2和STB4的上升沿或STB3的下降沿作用下，定時的移到移位寄存器A中，寄存器A和B控制輸入端所要求的各種信號的邏輯關(guān)系如表2所列。

AD7543的主要特性如下：

● 分辨率為12位。
● 非線性為±1/2LSB。
● 接正或負選通進行串行加載。
●用非同步清除輸入使其初始化。
●低功耗、最大為40mW。

3. AD7543和8031單片機的接口設(shè)計

實現(xiàn)AD7543與單片機的連接有兩種方法，其一是基于字節(jié)操作，利用串行通訊接口實現(xiàn)，其二是基于位操作，利用普通輸入輸出口線實現(xiàn)，兩種實現(xiàn)方法對A/D轉(zhuǎn)化芯片的轉(zhuǎn)換速度、工作以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈实燃夹g(shù)指示的要求各不相同。以下具體說明這兩種實現(xiàn)的方法。

3.1 AD7543與單片機串行通訊接口的連接

圖2是8031的串行口和AD7543相連的接口電路，8031的串行口選用方式0(移位寄存器方式)，其TXD端移位脈沖的負跳變將RXD輸出的位數(shù)據(jù)移入AD7543，利用P1.0產(chǎn)生加載脈沖，由于是低電平有效，從而將AD7543移位寄存器A中的內(nèi)容輸入到寄存器B中，并啟動D/A，單片機復(fù)位端接AD7543的消除CLR端，以實現(xiàn)系統(tǒng)的同步。

由于AD7543的12位數(shù)據(jù)是由高字節(jié)至低字節(jié)串行輸入的，而8031單片機串行口工作于方式0時，其數(shù)據(jù)是由低字節(jié)至高字節(jié)串行輸出的。因此，在數(shù)據(jù)輸出之前必須重新裝配，并改變發(fā)送順序，以適應(yīng)AD7543的時序要求。如表3所列，其中數(shù)據(jù)緩沖區(qū)DBH為高字節(jié)存儲單元，DBL為數(shù)據(jù)低8位存儲單元。

改變數(shù)據(jù)發(fā)送順序的程序如下：

OUTDA：MOV A，DBH　；取高位
SWAP ；高4位和低4位交換
MOV DBH，A
MOV A，DBL ；取低位
ANL A，＃OFOH ；截取高4位
SWAP ；高4位和低4位交換
ORL A，DBH ；合成，(DBH)=D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4
LCALL ASMBB ；順序轉(zhuǎn)換
MOV DBH，A；存結(jié)果(DBH)=D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11
MOV A，DBL；取低位
ANL A，＃OFH；截取低4位
SWAP ；交換，(A)=D3 D2 D1 D0 0 0 0 0
LCALL ASMBB；順序轉(zhuǎn)換
　MOV DBL，A ；存結(jié)果(A)=0 0 0 0 D0 D1 D2 D3
　MOV A， DBH
　MOV SBUF，A　；發(fā)送高8位
　JNB TI ＄；等待發(fā)送完成
　CLR TI；發(fā)送完畢，清標(biāo)志
　MOV A，DBL
　MOV SBUF，A；發(fā)送低4位
　JNB TI ＄；等待
　CLR TI ；發(fā)送完畢
　CLR P1.0；A寄存器加載到B寄存器
　NOP
　SETB P1.0；恢復(fù)
　REF
　……
ASMBB：　MOV R6，＃00H
　MOV R7，＃08H
　CLR C
ALO： RLC A
　XCH A，R6
　RRC A
　XCH A，R6
　DJNZ R7，AL0
　XCH A，R6
　RET

以上這種方式的單片機串行通訊口與AD7543的接口電路，其波特率固定為CPU時鐘頻率的1/12，如果CPU的頻率為6MHz，那么波特率為50kbps，位周期為20μs，顯然，這種連接方法只能用于高速系統(tǒng)。

3.2 AD7543與單片機普通輸入輸出口線的連接

AD7543可以用8031的P1口實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。這種方法的波特率可調(diào)，傳輸速度由程序控制。電路與圖2相同，僅把8031的數(shù)據(jù)輸出端由RXD引腳改為P1.1，將移位脈沖輸出端由TXD改為P1.2口線，P1.0仍為加載脈沖輸出。其程序如下：

FS： MOV R7，＃04H
MOV A，DBH；數(shù)據(jù)高4位
SWAP
LOOP1： RLC A
MOV P1.0 ；輸出
LCALL PULSE ；移位脈沖輸出
DJNZ R7，LOOP1 ；4位未完繼續(xù)
MOV R7，＃08H
MOV A，DBLH ；數(shù)據(jù)低8位
LOOP2： RLC A
MOV P1.0 C ；輸出
LCALL PULSE ；移位脈沖輸出
DJNZ R7，LOOP2 ；8位未完繼續(xù)
CLR P1.1 ；輸出加載脈沖
NOP
SETB P1.1
RET ；傳送完畢
PULSE： SETB P1.1 ；輸出高電平
MOV R3,＃4
PULS1: DJNZ R3,PULS1
CLR P1.1;輸出低電平
MOV R3，＃4
PULS2:DJNZ R3,PULS2
RET

其中FS為AD7543驅(qū)動程序，子程序PULSE為移位脈沖形成程序，改變R3的數(shù)值可以改變移位脈沖的頻率。從而改變串行通訊波特率。