二線串行8位數模轉換器MAX517的特性與應用(圖)
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關鍵詞：數模轉換器；max517；單片機；通信；應用
---在計算機的測控系統中，常要用到模擬輸出，數模轉換器(dac)就是一種將數字信號轉換成模擬電信號的器件。dac根據輸入數據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轉換的輸出建立時間，比如在數控機床中，主軸電機通常由交流變頻器來控制，交流變頻器接受數控系統輸出的模擬電壓，當需要改變主軸轉速時，從數字量轉速的輸入到模擬量轉速的實現，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，在數控系統中，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位電壓輸出型數模轉換器，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輸出數據。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據傳送時序。
---首先，微處理器應給max517一個地址字節，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，max517收到之后，又發一個應答信號給處理器；最后，處理器將要轉換的數字量(輸出字節）送給max517，max517收到之后，再一次向處理器發送一個應答信號。至此，一個完整的串行數據傳送即告結束。
max517與at89s52單片機的通信
---對于at89s52單片機來說，有兩種方式向max517傳送數據，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，數據由rxd引腳出入，同步移位脈沖由txd引腳送出，發送或接收的是8位數據，低位在先，高位在后。當一個8位的數據寫入cpu的串行口發送緩沖器sbuf時，串行口即將8位數據以 fosc/12的波特率從rxd引腳輸出(從低位到高位)，發送完成時，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
---mov sbuf，a ；向cpu的串口發送
---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
---mov sbuf，a ；向cpu的串口發送
---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
---mov sbuf，a ；向cpu的串口發送
---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。對于機床數控系統來說，選用mcs-51系列單片機作cpu時，若fosc≤4.8mhz，雖然照顧了max517的數據傳送，但會導致系統的處理速度大大降低。因此，采用cpu串口方式0進行數據傳送的方案，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、命令字節和輸出字節。在普通輸出方式下，串行數據傳送的軟件流程如圖5所示。在數據的傳送過程中，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、命令字節和輸出字節。根據max517的工作時序，當且僅當scl=0(即p1.1=0)時，sda才能產生跳變(p1.0由0變1，或由1變0)；當scl=1(即p1.1=1)時，sda狀態保持(即p1.0=0或1，保持不變)。
(3)終止條件
---當傳送快要結束的時候，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產生正跳變，標志著傳送的結束。
---在普通輸出方式下，不占用cpu的串行口，不影響本系統與其他系統的串行數據通信；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。
結束語
---在研制的機床數控系統中，選擇at89s52單片機作為cpu，采用本文提出的普通輸出方式向max517傳送數據，實現了對交流變頻器的控制。應用實踐表明，采用max517進行d/a轉換時，硬件連接簡單，軟件編程方便，器件成本低廉，系統運行可靠。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。
參考文獻
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