MCS－51与串行D/A转换器的接口设计

　　摘要：AD7543是串行D/A转换芯片，本文介绍了该芯片的电路原理、应用特性以及和MCS-51单片机连接的两种方法，并给出了接口电路和驱动程序。

　　关键词：D/A转换; 串行; MCS-51; AD7543

　　分类号：TN79+.2 TP368 文献标识：B 文章编号：1006-6977(1999)12-0033-03

　　1. 概述

　　在微机控制的电气设备中，常常需要把数字信号变成模拟信号，以驱动电气设备的运行，在这个过程中，D/A转换是一个十分重要的环节，亦是微机控制系统重要的组成部分。一般的D/A转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等均为并行接口，14位、16位系列也全部为并行接口。只有AD7543是12位串行D/A转换芯片，它是美国模拟器件公司(Analog Devices)的产品，属于特殊用途D/A转换器，和并行接口芯片有很大不同，使用该芯片构成的系统具有接线简单、使用方便、控制灵活的特点，具有较好的应用前景和开发价值。

 

　　2. AD7543内部框图和特性

　　AD7543为16引脚双列直插式封装，内部框图和引脚符号如图1所示。

　　AD7543的逻辑电路由12位串行输入并行输出移位寄存器(A)和12位DAC输入寄存器(B)以及12位DAC单元组成。在选通输入信号的前沿或后沿(由用户选择)定时地把RSI引脚上的串行数据装入寄存器A，一旦寄存器A装满，在加载脉冲的控制下，寄存器A的数据便装入寄存器B。并进行D/A转换。

　　AD7543的引脚功能见表1。出现在AD7543的SRI引脚上的串行数据在STB1、STB2和STB4的上升沿或STB3的下降沿作用下，定时的移到移位寄存器A中，寄存器A和B控制输入端所要求的各种信号的逻辑关系如表2所列。

　　

 

　　AD7543的主要特性如下：

　　● 分辨率为12位。

　　● 非线性为±1/2LSB。

　　● 接正或负选通进行串行加载。

　　●用非同步清除输入使其初始化。

　　●低功耗、最大为40mW。

　　3. AD7543和8031单片机的接口设计

 

　　实现AD7543与单片机的连接有两种方法，其一是基于字节操作，利用串行通讯接口实现，其二是基于位操作，利用普通输入输出口线实现，两种实现方法对A/D转化芯片的转换速度、工作以及数据传输的波特率等技术指示的要求各不相同。以下具体说明这两种实现的方法。

　　3.1 AD7543与单片机串行通讯接口的连接

　　图2是8031的串行口和AD7543相连的接口电路，8031的串行口选用方式0(移位寄存器方式)，其TXD端移位脉冲的负跳变将RXD输出的位数据移入AD7543，利用P1.0产生加载脉冲，由于是低电平有效，从而将AD7543移位寄存器A中的内容输入到寄存器B中，并启动D/A，单片机复位端接AD7543的消除CLR端，以实现系统的同步。

　　由于AD7543的12位数据是由高字节至低字节串行输入的，而8031单片机串行口工作于方式0时，其数据是由低字节至高字节串行输出的。因此，在数据输出之前必须重新装配，并改变发送顺序，以适应AD7543的时序要求。如表3所列，其中数据缓冲区DBH为高字节存储单元，DBL为数据低8位存储单元。

 

　　改变数据发送顺序的程序如下：

　　OUTDA：MOV A，DBH　;取高位

　　SWAP ;高4位和低4位交换

　　MOV DBH，A

　　MOV A，DBL ;取低位

　　ANL A，#OFOH ;截取高4位

　　SWAP ;高4位和低4位交换

　　ORL A，DBH ;合成，(DBH)=D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4

　　LCALL ASMBB ;顺序转换

　　MOV DBH，A 　;存结果(DBH)=D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11

　　MOV A，DBL 　 ;取低位

　　ANL A，#OFH 　;截取低4位

　　SWAP ;交换，(A)=D3 D2 D1 D0 0 0 0 0

　　LCALL ASMBB 　;顺序转换

　　MOV DBL，A ;存结果(A)=0 0 0 0 D0 D1 D2 D3

　　MOV A， DBH

　　MOV SBUF，A　;发送高8位

　　JNB TI $　 ;等待发送完成

　　CLR TI 　　　;发送完毕，清标志

　　MOV A，DBL

　　MOV SBUF，A　 ;发送低4位

　　JNB TI $　　　 ;等待

　　CLR TI　　　　 ;发送完毕

　　CLR P1.0　　　 ;A寄存器加载到B寄存器

　　NOP

　　SETB P1.0 　　　;恢复

　　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

　　以上这种方式的单片机串行通讯口与AD7543的接口电路，其波特率固定为CPU时钟频率的1/12，如果CPU的频率为6MHz，那么波特率为50kbps，位周期为20μs，显然，这种连接方法只能用于高速系统。

　　3.2 AD7543与单片机普通输入输出口线的连接

　　AD7543可以用8031的P1口实现数据传送。这种方法的波特率可调，传输速度由程序控制。电路与图2相同，仅把8031的数据输出端由RXD引脚改为P1.1，将移位脉冲输出端由TXD改为P1.2口线，P1.0仍为加载脉冲输出。其程序如下：

　　FS： 　　MOV R7，#04H

　　MOV A，DBH;数据高4位

　　SWAP

　　LOOP1： RLC A

　　MOV P1.0 ;输出

　　LCALL PULSE ;移位脉冲输出

　　DJNZ R7，LOOP1 ;4位未完继续

　　MOV R7，#08H

　　MOV A，DBLH ;数据低8位

　　LOOP2： RLC A

　　MOV P1.0 C ;输出

　　LCALL PULSE ;移位脉冲输出

　　DJNZ R7，LOOP2 ;8位未完继续

　　CLR P1.1 ;输出加载脉冲

　　NOP

　　SETB P1.1

　　RET ;传送完毕

　　PULSE： SETB P1.1 ;输出高电平

　　MOV R3,#4

　　PULS1: DJNZ R3,PULS1

　　CLR P1.1;输出低电平

　　MOV R3，#4

　　PULS2:DJNZ R3,PULS2

　　RET

　　其中FS为AD7543驱动程序，子程序PULSE为移位脉冲形成程序，改变R3的数值可以改变移位脉冲的频率。从而改变串行通讯波特率。

　　参考文献

　　1.潘新民. 单片微型计算机实用系统设计. 人民邮电出版社

　　2. 戴梅萼.微型计算机技术及应用.清华大学出版社

　　3. 李华.MCS-51系列单片机实用接口技术.北京航空航天大学出版社