二线串行8位数模转换器MAX517的特性与应用(图)

摘 要：介绍了二线串行8位数模转换器max517的特性，并以at89s52单片机与max517的通信为例，详细说明了max517的硬件连接与软件编程方法。
关键词：数模转换器；max517；单片机；通信；应用

引言
---在计算机的测控系统中，常要用到模拟输出，数模转换器(dac)就是一种将数字信号转换成模拟电信号的器件。dac根据输入数据的格式一般分为并行和串行两种，并行的dac通常有8位、10位、12位和16位等，并行芯片进行d/a转换时，输出建立时间短，通常不超过10μs，但它们的引脚比较多，芯片体积大，与cpu连接时电路较复杂。有些应用并不太计较d/a转换的输出建立时间，比如在数控机床中，主轴电机通常由交流变频器来控制，交流变频器接受数控系统输出的模拟电压，当需要改变主轴转速时，从数字量转速的输入到模拟量转速的实现，由于三相异步电机的启动，中间通常有一个较长的时间(一般需要1～3s)。此时，在数控系统中，选用串行dac来控制变频器，即可满足要求，虽然输出建立时间比并行dac稍长(通常也不超过100μs)，但这样的时间与电机的启动时间比起来，完全可以忽略不计，且串行dac与cpu连接时所用引线少、电路简单，芯片体积小、价格低。
 ---当精度要求不是太高时，对于单路的dac，可以选用美国maxim公司生产的8位串行d/a芯片max517。本文将主要介绍max517的特性及其与at89s52单片机的通信。

max517的性能简介
---max517是8位电压输出型数模转换器，它带有简单的双线串行接口，允许多个设备之间进行通信。max517使用简单的双线串行接口，只需要标准的微处理器提供2根总线与之相连，如图1所示。微处理器的scl输出时钟信号，sda输出数据。当微处理器的scl传送时钟脉冲时，对于max517来说，最高频率不能超过400khz，即波特率不超过400kbps。图2是max517的一个完整的串行数据传送时序。
---首先，微处理器应给max517一个地址字节，max517收到之后，给处理器一个应答信号；其次，处理器再给max517一个命令字节，max517收到之后，又发一个应答信号给处理器；最后，处理器将要转换的数字量(输出字节）送给max517，max517收到之后，再一次向处理器发送一个应答信号。至此，一个完整的串行数据传送即告结束。

max517与at89s52单片机的通信
---对于at89s52单片机来说，有两种方式向max517传送数据，一种是串行传送方式，另外一种是普通输出方式。
● 串行传送方式
---如图4所示，将at89s52的rxd、txd引脚分别连接到max517的sda和scl引脚，把at89s52的串行口设置成工作方式0。此时，at89s52 cpu的串行口为同步移位寄存器方式，其波特率是固定的，为cpu晶振频率fosc的 1/12，数据由rxd引脚出入，同步移位脉冲由txd引脚送出，发送或接收的是8位数据，低位在先，高位在后。当一个8位的数据写入cpu的串行口发送缓冲器sbuf时，串行口即将8位数据以 fosc/12的波特率从rxd引脚输出(从低位到高位)，发送完成时，置中断标志ti=1。采用上述传送方式时，正好与max517的串行口特性相吻合。详细的传送程序清单如下。
---clr es ；关串行口中断
---mov scon，#00h ；初始化，写串行口控制字，取工作模式0
---mov a，#01011000b ；准备max517的地址字节
---mov sbuf，a ；向cpu的串口发送
---jnb ti，$ ；送完8位否？若未送完，则踏步等待
---clr ti ；若送完，则清ti标志
---jb p3.0,$ ；查应答信号
---nop ；地址已送完
---mov a，#00000000b ；准备max517的命令字节
---mov sbuf，a ；向cpu的串口发送
---jnb ti，$ ；送完8位否？若未送完，则踏步等待
---clr ti ；若送完，则清ti标志
---jb p3.0,$ ；查应答信号
---nop ；命令已送完
---mov a，#xxh ；准备max517的输出字节
---mov sbuf，a ；向cpu的串口发送
---jnb ti，$ ；送完8位否？若未送完，则踏步等待
---clr ti ；若送完，则清ti标志
 ---jb p3.0,$ ；查应答信号


---nop ；输出字节已送完
---ret
---值得注意的是，max517的+5v scl在接收cpu送来的脉冲信号时，fmax=400khz，而cpu的串口工作在方式0时，从txd引脚输出的脉冲频率ftxd=fosc/12。这样，就要求ftxd=fosc/12≤400khz，即fosc≤4.8mhz,也就是说，cpu的晶振频率不能超出4.8mhz。对于机床数控系统来说，选用mcs-51系列单片机作cpu时，若fosc≤4.8mhz，虽然照顾了max517的数据传送，但会导致系统的处理速度大大降低。因此，采用cpu串口方式0进行数据传送的方案，要视具体场合，在高速场合，通常不可取，只能用在低速场合。另外，采用串行传送时，cpu就不能再与其他系统进行串行通信了。
● 普通输出方式
---在普通输出方式下，可以通过cpu的2根输出线，或系统扩展输出芯片(如8255a)的2根输出线与max517进行通信。图4中采用的是at89s52的p1.1、p1.0两引脚，分别与max517的scl、sda两引脚相连接。cpu遵照max517的工作时序，通过其p1.1引脚在必要的时候主动地输出单个的时钟脉冲，作为时钟信号，然后从p1.0引脚逐个地输出地址字节、命令字节和输出字节。在普通输出方式下，串行数据传送的软件流程如图5所示。在数据的传送过程中，必须遵守以下的约定：
(1)起始条件
---传送没有开始的时候，cpu 先将p1.1置高，使得max517的scl=1；然后cpu控制p1.0由高变低，使得max517的sda产生负跳变，标志着传送的开始。
(2)中间过程
---中间过程需要传送地址字节、命令字节和输出字节。根据max517的工作时序，当且仅当scl=0(即p1.1=0)时，sda才能产生跳变(p1.0由0变1，或由1变0)；当scl=1(即p1.1=1)时，sda状态保持(即p1.0=0或1，保持不变)。
(3)终止条件
---当传送快要结束的时候，cpu先将p1.1置高，使得max517的scl=1；然后cpu控制p1.0由低变高，使得max517的sda产生正跳变，标志着传送的结束。
---在普通输出方式下，不占用cpu的串行口，不影响本系统与其他系统的串行数据通信；并且普通输出方式的传送易于控制速度，不像串行传送方式对cpu的晶振频率有限制，因此推荐使用普通输出方式。

结束语
---在研制的机床数控系统中，选择at89s52单片机作为cpu，采用本文提出的普通输出方式向max517传送数据，实现了对交流变频器的控制。应用实践表明，采用max517进行d/a转换时，硬件连接简单，软件编程方便，器件成本低廉，系统运行可靠。本文提出的单片机与max517的通信方式，对于max518和max519两种dac也具有一定的参考价值。

参考文献
1 吴秀清等.微型计算机原理与接口技术.中国科学技术大学出版社.2002
2 刘红玲等.实用微机接口技术.中国电力出版社.2003
3 maxim. new releases data book. volume v. printed usa.1996
4 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.1993
5 王玉琳.ck-i型车床闭环控制系统的研究与应用.合肥工业大学.1991