8位电压输出型数模转换器MAX517的性能特点和应用范围分析

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。

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