MAX5581快速建立DAC与PIC微控制器的接口

摘要：本应用笔记介绍MAX5581 DAC与PIC®微控制器的配合使用，给出了详细的电路图和源代码。

MAX5581简介

MAX5581是一款12位、快速建立DAC，采用3线SPI™串行接口。MAX5581的接口支持高达20MHz的SPI，最快建立时间为3µs。本应用笔记给出了连接高速PIC微控制器(PIC18F核)和MAX5581 DAC的应用电路以及所需要的全部固件。汇编程序利用MPLAB IDE、6.10.0.0版本中免费提供的编译器编写，用于PIC18F442。

硬件说明

这里讨论的应用电路采用了MAX5581评估板，包括：MAX5581、超高精度电压基准(MAX6126)、两个按键开关、增益设置电阻和PC板。PIC18F442没有安装在MAX5581EVKIT板上，但已添加到系统中，图1所示是一个完整的应用电路。MAX5581EVKIT上的/CS、SCLK、DIN和DOUT焊盘便于SPI串行接口的连接。


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图1. MAX5581应用电路第一部分


图1. MAX5581应用电路第二部分

模拟与数字地平面

将模拟地与数字地分离开(如图2所示)可以得到较好的实际效果，利用铁氧体磁珠，如TDK MMZ1608B601C，连接两个地平面。这种布局可以避免微控制器系统时钟及其谐波成份馈入模拟地。已知PIC18F442的系统时钟为40MHz，考虑到MMZ1608B601C特殊的阻抗与频率特性，我们选择了这款铁氧体磁珠。图3给出了MMZ1608B601C阻抗随频率的变化曲线。


图2. 分离的模拟地和数字地


图3. TDK MMZ1608B601C铁氧体磁珠阻抗随频率的变化曲线

固件说明

列表1给出的汇编程序通过PIC18F442的内部MSSP SPI接口对MAX5581进行初始化，PIC18F442的40MHz系统时钟允许MSSP提供高达10MHz的SPI时钟(SCLK)。表1所示为上电后的配置字。一旦完成了对MAX5581的初始化，程序便将DAC输出寄存器装载为零，然后装载满量程输出，如表2所示。该固定循环程序可产生方波输出，如图4所示，可以用来演示MAX5581的快速建立时间。


图4. 一个输出为80kHz方波的实际示波器测试图

列表1. 用于连接MAX5581和PIC18F442内部MSSP SPI接口的汇编程序

下载: P18F442.INC

列表1.asm

;******************************************************************************;;    Filename:		Listing 1 (Absolute Code Version);    Date:    		2/25/05;    File Version:  	1.0;;    Author:        	Ted Salazar;    Company:       	Maxim;;******************************************************************************;;	Program Description:;;	This program interfaces the internal SPI MSSP;	(Peripheral) of the PIC18F442 to the MAX5581 SPI;	Quad DAC. The program initializes the MAX5581;	and dynamically generates a 50% duty cycle square;	wave with a frequency of 80KHz.;;;******************************************************************************;; History:; 2/25/05: Tested SPI DAC format; 2/25/05: Initialized MAX5591; 12/14/04: Cleared tcount timer in HWSPI_W_spidata_W;******************************************************************************;******************************************************************************;;******************************************************************************;;    Files required:         P18F442.INC;;******************************************************************************radix hex               ;Default to HEXLIST P=18F442, F=INHX32	;Directive to define processor and file format#include	;Microchip's Include File;******************************************************************************;******************************************************************************xmit    equ		06 		; Asynchronous TX is at C6;;******************************************************************************;Configuration bits; The __CONFIG directive defines configuration data within the .ASM file.; The labels following the directive are defined in the P18F442.INC file.; The PIC18FXX2 Data Sheet explains the functions of the configuration bits.; Change the following lines to suit your application.;T	__CONFIG	_CONFIG1H, _OSCS_OFF_1H & _RCIO_OSC_1H;T	__CONFIG	_CONFIG2L, _BOR_ON_2L & _BORV_20_2L & _PWRT_OFF_2L;T	__CONFIG	_CONFIG2H, _WDT_ON_2H & _WDTPS_128_2H;T	__CONFIG	_CONFIG3H, _CCP2MX_ON_3H;T	__CONFIG	_CONFIG4L, _STVR_ON_4L & _LVP_OFF_4L & _DEBUG_OFF_4L;T	__CONFIG	_CONFIG5L, _CP0_OFF_5L & _CP1_OFF_5L & _CP2_OFF_5L & _CP3_OFF_5L;T	__CONFIG	_CONFIG5H, _CPB_ON_5H & _CPD_OFF_5H;T	__CONFIG	_CONFIG6L, _WRT0_OFF_6L & _WRT1_OFF_6L & _WRT2_OFF_6L & _WRT3_OFF_6L;T	__CONFIG	_CONFIG6H, _WRTC_OFF_6H & _WRTB_OFF_6H & _WRTD_OFF_6H;T	__CONFIG	_CONFIG7L, _EBTR0_OFF_7L & _EBTR1_OFF_7L & _EBTR2_OFF_7L & _EBTR3_OFF_7L;T	__CONFIG	_CONFIG7H, _EBTRB_OFF_7H;******************************************************************************;Variable definitions; These variables are only needed if low priority interrupts are used.; More variables may be needed to store other special function registers used; in the interrupt routines.CBLOCK	0x080WREG_TEMP	;variable used for context savingSTATUS_TEMP	;variable used for context savingBSR_TEMP	;variable used for context saving;ENDCCBLOCK	0x000EXAMPLE	;example of a variable in access RAM;temp    	;temp2;xmtreg  	;cntrb   	;cntra   	;bitctr  	;tcount	;speedLbyte	;T Being used in HWSPI_speed;ENDC;******************************************************************************;Reset vector; This code will start executing when a reset occurs.ORG	0x0000goto	Main	;go to start of main code;******************************************************************************;High priority interrupt vector; This code will start executing when a high priority interrupt occurs or; when any interrupt occurs if interrupt priorities are not enabled.ORG	0x0008bra	HighInt	;go to high priority interrupt routine;******************************************************************************;Low priority interrupt vector and routine; This code will start executing when a low priority interrupt occurs.; This code can be removed if low priority interrupts are not used.ORG	0x0018movff	STATUS,STATUS_TEMP	;save STATUS registermovff	WREG,WREG_TEMP		;save working registermovff	BSR,BSR_TEMP		;save BSR register;	*** low priority interrupt code goes here ***movff	BSR_TEMP,BSR		;restore BSR registermovff	WREG_TEMP,WREG		;restore working registermovff	STATUS_TEMP,STATUS	;restore STATUS registerretfie;******************************************************************************;High priority interrupt routine; The high priority interrupt code is placed here to avoid conflicting with; the low priority interrupt vector.HighInt:;	*** high priority interrupt code goes here ***retfie	FAST;******************************************************************************;Start of main program; The main program code is placed here.Main:;	*** main code goes here ***start;	*** Port Initialization ***movlw	0x0FFmovwf	PORTBclrf	PORTAmovlw	0x06        	;T Configure PortA as Digitalmovwf 	ADCON1movlw 	0x00FB 		;T A2 OUTPUT, ALL OTHERS INPUTmovwf 	TRISAmovlw	0x0001    	;T B0 INPUT, ALL OTHERS OUTPUTmovwf	TRISBmovlw	0x0093    	;T C7-C0 => bit7-0;T OUTPUTs: C6(TX), C5(MOSI), C3(SCLK), C2(CS);T INPUTs:C4 (MISO) and all othersmovwf	TRISC      	;T TRISC bit3 Master = 0bsf	PORTC,RC2	;T RC2 = CS\ Make CS\ high;    	*** SPI Initialization ***call	HWSPI_init      ;T Initialize the MSSP for SPI;    	*** SPI Configuration ***movlw	b'00000000' 	;T load W with test byte for CPOLCPHA 0,0;T b'00000000' => CPOLCPHA 0,0;T b'00000001' => CPOLCPHA 0,1;T b'00000010' => CPOLCPHA 1,0;T b'00000011' => CPOLCPHA 1,1call	HWSPI_W_configure;    	*** SPI Speed  ***movlw	b'00000000' 	;T load W with test byte for SPI Freq;T b'00000000' => Fosc/4  = 10MHz;T b'00000001' => Fosc/16 = 2.5Mhz;T b'00000010' => Fosc/64 = 625kHz;T b'00000011' => Reserved.call 	HWSPI_W_speed;******************************************************************************;    	*** MAX5581 Initialization ***bcf	PORTC,RC2		;T RC2 = CS\ Make CS\ Lowmovlw	0xEC			;T byte0 of settling time configcall	HWSPI_W_spidata_W	;T HW SPI WriteRead Operationmovlw	0x0F			;T byte1 of settling time configcall	HWSPI_W_spidata_W	;T HW SPI WriteRead Operationbsf	PORTC,RC2		;T RC2 = CS\ Make CS\ high;    	*** MAX5581 Load All DAC Outputs to Zero Scale ***Loopforever 	bcf	PORTC,RC2		;T RC2 = CS\ Make CS\ Lowmovlw	0xD0			;T byte0 of load all input/output to zeroscall	HWSPI_W_spidata_W	;T HW SPI WriteRead Operationmovlw	0x00			;T byte1 of load all input/output to zeroscall	HWSPI_W_spidata_W	;T HW SPI WriteRead Operationbsf	PORTC,RC2		;T RC2 = CS\ Make CS\ high;    	*** MAX5581 Load All DAC Outputs to Full Scale ***bcf	PORTC,RC2		;T RC2 = CS\ Make CS\ Lowmovlw	0xDF			;T byte0 of load all input/output to zeroscall	HWSPI_W_spidata_W	;T HW SPI WriteRead Operationmovlw	0xFF			;T byte1 of load all input/output to zeroscall	HWSPI_W_spidata_W	;T HW SPI WriteRead Operationbsf	PORTC,RC2		;T RC2 = CS\ Make CS\ high;        movwf   xmtreg				;T move w to xmtreg;        call    asyxmtc			;T call UART routine;goto	Loopforever       	;T loop forever;******************************************************************************errsrvmovlw	0x65		; load w with 'e' = 0x65movwf	xmtreg          ; move w to xmtregcall	asyxmtc		; call UART routinedead    	goto  	dead            		; goto endless loop;******************************************************************************set_cf_errormovlw 	0x00	 	; 0x00 into Wsublw 	0x00     	; Subtract W-0x00: If WN C clear.return           	; error=> cf=set;******************************************************************************clear_cf_okmovlw 	0x01	 	; 0x00 into Wsublw 	0x00     	; Subtract W-0x00: If WN C clear.return           	; success=> cf=clear;******************************************************************************HWSPI_init				;T SPI MSSP Initialization for M2EAM schematic;T CPOL,CPHA = 0,0  => CKP = 0 & CKE = 1bcf	SSPCON1,SSPEN	;T Disable the MSSP, SSPCON-5;bcf	TRISC,SDO	;T TRISC bit5 RC5/SDO = 0 MOSI Outputbcf	TRISC,SCK	;T TRISC bit3 RC3/SCK = 0 SCLK Outputbsf	TRISC,SDI	;T TRISC bit4 RC4/SDI = 1 MISO Inputmovlw 	0x0040    	;T SSPSTAT bit8 = 0 sampled in middle;T SSPSTAT bit6 = CKE = 1movwf 	SSPSTAT 	;T Used to be sspstat on older PICsmovlw 	0x0020		;T SSPCON1 bit5 SSPEN = 1 Enables sycn serial port;T SSPCON1 bit4 = CKP = 0;T SSPCON1 bit3= 0 = Turn MSSP ON for SPI;T SSPCON1 bit2-0 = 000b = SCLK = Fosc/4;T SSPCON1 bit2 = 0 = Mastermovwf 	SSPCON1 	;T Used to be sspcon on older PICsbsf	INTCON,PEIE	;T INTCON bit6 = PEIE = 1 = Enable periph interruptbsf	PIE1,SSPIE  	;T PIE1 bit3 = SSPIE = 1 = interrupt enablemovlw	0x00		;T load 0x00 into Wmovwf	tcount		;T initialize tcount to zero (0x00);******************************************************************************HWSPI_W_configure;Configure SPI Mode;;On Entry:	WREG = confDATA;On Exit:;On Success: return with C flag clear;On Failure: return with C flag set;bcf	SSPCON1,SSPEN	;T Disable the MSSP, SSPCON1-5movwf	temp	    	;T move the confDATA byte to tempbtfsc	SSPCON1,SSPM3 	;T In SPI Mode?, skip if yescall 	HWSPI_init	;T MSSP is in wrong mode, Init for SPI;btfsc	temp,1		;T Is bit1 of confDATA byte clear? if so skip nextgoto 	CPOL_1		;T goto CPOL = 1 label => CPOL = 1btfsc	temp,0		;T Is bit0 of confDATA byte clear? if so skip next;T => CPOL = 0 , CPHA = ?goto 	CPOLCPHA_01	;T goto => CPOL = 0 CPHA = 1;Configure for CPOL = 0, CPHA = 0bcf	SSPCON1,CKP	;T SSPCON1 bit4 = CKP = 0bsf	SSPSTAT,CKE	;T SSPSTAT bit6 = CKE = 1btfsc 	SSPCON1,CKP	;T Is SSPCON1 bit4 = CKP = 0 ?goto	badjump		;T CKP bit test errorbtfss	SSPSTAT,CKE	;T Is SSPSTAT bit6 = CKE = 1 ?goto	badjump		;T CKE bit test errorgoto 	okjump2		;OK configured!;CPOL_1		btfsc	temp,0		;T Is bit0 of confDATA byte clear? if so skip next;T CPOL = 1 , CPHA = ?goto	CPOLCPHA_11	;T goto => CPOL = 1, CPHA = 1;Configure for CPOL = 1, CPHA = 0bsf	SSPCON1,CKP	;T SSPCON1 bit4 = CKP = 1bsf	SSPSTAT,CKE	;T SSPSTAT bit6 = CKE = 1btfss 	SSPCON1,CKP	;T Is SSPCON1 bit4 = CKP = 1 ?goto	badjump		;T CKP bit test errorbtfss	SSPSTAT,CKE	;T Is SSPSTAT bit6 = CKE = 1 ?goto	badjump		;T CKE bit test errorgoto 	okjump2		;OK configured!;CPOLCPHA_01;configure for CPOL = 0, CPHA = 1bcf	SSPCON1,CKP	;T SSPCON1 bit4 = CKP = 0bcf	SSPSTAT,CKE	;T SSPSTAT bit6 = CKE = 0btfsc 	SSPCON1,CKP	;T Is SSPCON1 bit4 = CKP = 0 ?goto	badjump		;T CKP bit test errorbtfsc	SSPSTAT,CKE	;T Is SSPSTAT bit6 = CKE = 0 ?goto	badjump		;T CKE bit test errorgoto 	okjump2		;OK configured!;CPOLCPHA_11;configure for CPOL = 1, CPHA = 1bsf	SSPCON1,CKP	;T SSPCON1 bit4 = CKP = 1bcf	SSPSTAT,CKE	;T SSPSTAT bit6 = CKE = 0btfss 	SSPCON1,CKP	;T Is SSPCON1 bit4 = CKP = 1 ?goto	badjump		;T CKP bit test errorbtfsc	SSPSTAT,CKE	;T Is SSPSTAT bit6 = CKE = 0 ?goto	badjump		;T CKE bit test errorgoto 	okjump2		;OK configured!;okjump2		bsf	SSPCON1,SSPEN	;T Re-enable MSSPgoto	clear_cf_okreturnbadjump	bsf	SSPCON1,SSPEN		;T Re-enable MSSPgoto 	set_cf_error	;T configuration errorreturn;******************************************************************************HWSPI_W_speed;On Entry:	WREG = speedDATA & checks SSPCON1-3 for SPI mode;                  speedDATA = 0x00 => Fosc/4;                  speedDATA = 0x01 => Fosc/16;                  speedDATA = 0x02 => Fosc/64;                  speedDATA = 0x03 => Timer Divisor (Not working yet);;On Exit:;On Success: return with C flag clear;On Failure: return with C flag set;bcf	SSPCON1,SSPEN 	;T Disable MSSPmovwf 	speedLbyte	;T move speedDATA stored in W to speedLbytebtfsc	SSPCON1,SSPM3 	;T In SPI Mode?, skip if yescall 	HWSPI_init	;T MSSP is in wrong mode, Init for SPI;;Test if speedLbyte = 0x00. If yes, SPI clock speed = Fosc/4movlw	0x00		;T load 0x00 into Wsubwf	speedLbyte,W	;T subtract 0x00 from tcount result in wbtfss	STATUS,Z	;T test zero flag, skip next instr if z setgoto	fdiv16		;T goto Fosc/16 sectionbcf	SSPCON1,SSPM1	;T SSPCON1-1 = 0bcf	SSPCON1,SSPM0	;T SSPCON1-0 = 0goto 	okjump3		;T Fosc/4 was selected;Test if speedLbyte = 0x01. If yes, SPI clock speed = Fosc/16fdiv16		movlw	0x01		;T load 0x01 into Wsubwf	speedLbyte,W	;T subtract 0x01 from tcount result in wbtfss	STATUS,Z	;T test zero flag, skip next instr if z setgoto	fdiv64		;T goto Fosc/64 sectionbcf	SSPCON1,SSPM1	;T SSPCON1-1 = 0bsf	SSPCON1,SSPM0	;T SSPCON1-0 = 1goto 	okjump3		;T Fosc/16 was selected;Test if speedLbyte = 0x02. If yes, SPI clock speed = Fosc/64fdiv64		movlw	0x02		;T load 0x02 into Wsubwf	speedLbyte,W	;T subtract 0x02 from tcount result in wbtfss	STATUS,Z	;T test zero flag, skip next instr if z setgoto	timer		;T goto Timer sectionbsf	SSPCON1,SSPM1	;T SSPCON1-1 = 1bcf	SSPCON1,SSPM0	;T SSPCON1-0 = 0goto 	okjump3		;T Fosc/64 was selected;Test if speedLbyte >= 0x03. If yes, SPI clock speed will be set by the timer;SETTING THE SPI CLOCK WITH THE TIMER WILL RETURN A FAILURE AT THIS TIME.;Future To d Implement the TIMER sectiontimer		movlw	0x03		;T load 0x02 into Wsubwf	speedLbyte,W	;T subtract 0x02 from tcount result in wbtfss	STATUS,Z	;T test zero flag, skip next instr if z setgoto	badjmp2		;T goto error section to return failuregoto	badjmp2		;T goto error section to return failure;		bsf	SSPCON1,SSPM1	;T SSPCON1-1 = 1;		bsf	SSPCON1,SSPM0	;T SSPCON1-0 = 1;		goto 	okjump3		;T Fosc/64 was selectedokjump3		bsf	SSPCON1,SSPEN	;T Re-enable MSSPbcf	STATUS,C	;T clear c flag on successreturnbadjmp2		bsf	SSPCON1,SSPEN	;T Re-enable MSSPbsf	STATUS,C	;T set c flag on failurereturn;******************************************************************************HWSPI_W_spidata_W;Simultaneously write SPI data on MOSI and read SPI data on MISO;;on Entry:	WREG = mosiDATA & checks bit3 of SSPCON1 for SPI mode;On Exit:	WREG = misoDATA;On Success: return with C flag clear;On Failure: return with C flag set;movwf 	temp2		;T move mosiDATA stored in W to WREG_TEMPbtfsc	SSPCON1,SSPM3 	;T In SPI Mode?, skip if yescall 	HWSPI_init	;T MSSP is in wrong mode, Init for SPImovf	temp2,W		;T load W with original mosiDATA;movwf	SSPBUF		;T move byte to transmit to SSPBUF (transmit buffer)movlw	0x00		;T load 0x00 into Wmovwf	tcount		;T initialize tcount to zero (0x00)again1		btfsc	SSPSTAT,BF	;T receive completed? if no, skip nextgoto	okjump1		;T no. goto againincf 	tcount,F	;T increment tcountmovlw	0xFF		;T load w with literalsubwf	tcount,W	;T subtract 0xFF from tcount result in wbtfss	STATUS,Z	;T test zero flag, skip next instr if z setgoto  	again1        	;T loop until timeoutgoto 	set_cf_error	;T receive timeout errorreturnokjump1 	movf 	SSPBUF,W	;T put received data in Wgoto	clear_cf_okreturn;******************************************************************************; UART routineasyxmtc 	bcf	PORTC,xmit  	;T used to be portc,xmitcall	fullmovlw	0x08        	;TEST_T "08"movwf	bitctrasyxmt1 	rrcf 	xmtreg,fbtfsc 	STATUS,Cgoto  	asyxmt2bcf 	PORTC,xmit 	;T used to be portc,xmitgoto 	asyxmt3asyxmt2 	bsf 	PORTC,xmit 	;T used to be portc,xmit;asyxmt3 	call	fulldecfsz 	bitctr,fgoto  	asyxmt1;bsf 	PORTC,xmit 	;T used to be portc,xmitcall	fullretlw	0;******************************************************************************; UART baud rate of 115.2kbps using a 40MHz System Clockfull    	movlw	d'3'movwf	cntrbvdly0   	movlw	d'6'             ; d'43' with 4MHz => 2400 baudmovwf	cntravdly1   	decfsz 	cntra,fgoto 	vdly1decfsz 	cntrb,fgoto 	vdly0retlw	0;******************************************************************************;End of programEND

表1. 配置写命令，将所有四路DAC的建立时间设置为3µs

SPI Line	C7	C6	C5	C4	C3	C2	C1	C0	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
DIN	1	1	1	0	1	1	0	0	0	0	0	0	1	1	1	1

表2. 装载全部DAC输出命令

SPI Line	C3	C2	C1	C0	D11	D10	D9	D8	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
DIN (1st)	1	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
DIN (2nd)	1	1	0	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1

表2中，第一个命令将所有DAC输出设置为零，第二个命令将所有DAC设置为满量程输出。