DAC8552高精度模数转换器的驱动设计与实现

模拟信号输出是经常会遇到的应用需求，解决的办法应多种，但我们使用最多的还是数模转换。对于不同的数模转换器我们需要为其编写适用的驱动程序，在这一篇中我们就来考虑如何实现DAC8552高精度模数转换器的驱动程序。

1、功能概述

  该DAC8552是一个16位，双通道，电压输出数模转换器(DAC)提供低功率操作和灵活的串行主机接口。每个芯片上的精确输出放大器允许轨到轨输出摆动，以实现在2.7V到5.5V的供应范围。该设备支持标准三线串行接口，能够操作与输入数据时钟频率高达30MHz的VDD = 5V。

1.1、功能结构

  DAC8552这种设备在正常情况下的低功耗使得它非常适合便携式、电池驱动设备和其他低功耗应用。采用SOIC-8的封装形式，引脚定义如下：

  DAC8552需要一个外部参考电压来设置每个DAC通道的输出范围。DAC8552还包括一个电源上电复位电路，以确保DAC输出功率能够输出到零，并保持在那里，直到获取一个有效的写入值。DAC8552拥有一个SPI串行接口，该接口提供了灵活的功能。

  从上述结构图可知，DAC8552每次仅能操作一路输出，因为全部的操作都是通过同一个移位寄存器来实现的。

1.2、移位寄存器

  DAC8552有一个24位的输入移位寄存器，前面8位用来作控制位，后面16位用作数据位。具体如下图所示：

  在前面的8位控制位中，DB23和DB22是保留位必须为“0”，DB21（LDB）位和DB20（LDA）用于控制后面的16位数据适用于加载哪一个输出通道还是Power_Down命令。DB19没有定义，DAC8552不关心该位的具体数值。DB18为缓冲器选择位，用于控制数据的目标通道是DAC A还是DAC B。后续的DB17（PD1）和DB16（PD0）用于选择Power_Down的模式。具体的命令如下表中描述：

  至于Power_Down的模式有几种选择，如下表所示：

2、驱动设计与实现

  我们已经了解了DAC8552的基本结构及寄存器命令，接下来我们将根据这些认知设计DAC8552的驱动程序。

2.1、对象定义

  在设计DAC8552的驱动程序之前，我们先来考虑一下DAC8552的对象定义问题。我们作为一个对象一般会包括属性和操作两个方面的内容。我们先来分析DAC8552对象应该包含有哪些属性。属性用于标识对象的某些特性，DAC8552通过SPI总线下发数据和命令，我们没有发现什么需要特别标记的特性，所以我们不需要为DAC8552对象设计属性。

  我们再来看一看，DAC8552对象需要实现哪些操作。首先DAC8552使用SPI总线进行通讯，而SPI总线采用片选信号来区分不同的节点，所以我们需要操作DAC8552的片选信号，而片选型号的操作显然依赖于特定的操作平台，所以我们将控制其片选信号作为DAC8552对象的一个操作。另外，DAC8552作为模拟量输出对象，我们需要向其发送命令和数据，而向其发送数据和命令也依赖于具体的操作平台，所以应将其作为对象的一个操作来实现。据此我们可以定义DAC8552的对象类型如下：

/* 定义DAC8552对象类型 */
typedef struct DAC8552Object {
  void (*WriteDataToDAC)(uint8_t *tData,uint16_t tSize);        //向DAC发送数据
  void (*ChipSelcet)(DAC8552CSType cs);     //片选信号
}DAC8552xObjectType;

  我们定义了DAC8552的对象类型，但当我们使用其声明一个对象时，并不能直接使用，我们需要对对象进行初始化，这就需要我们设计一个对象初始化的函数。对象初始化函数处理对象相关的属性和操作的配置，具体实现如下：

/*初始化DAC8552对象*/
void DAC8552Initialization(DAC8552xObjectType *dac,     //DAC8552对象变量
                           DAC8552WriteType write,      //写数据函数指针
                           DAC8552ChipSelectType cs             //片选操作函数指针
                          )
{
  if((dac==NULL)||(write==NULL))
  {
    return;
  }

  if(cs!=NULL)
  {
    dac->ChipSelcet=cs;
  }
  else
  {
    dac->ChipSelcet=DefaultChipSelect;
  }
}

2.2、对象操作

  我们已经定义了DAC8552的对象类型并为DAC8552对象设计了初始化函数，接下来我们看一看DAC8552所要实现的操作。对于DAC8552对象来说，我们对其操作无非就是写其移位寄存器以实现命令和数据的下发。从其数据表中我们可以看到操作移位寄存器的时序如下所示：

  根据我们前面对DAC8552相关数据的了解以及上述时序图，我们可以封装对其移位寄存器的操作函数如下：

/*操作DAC8552输出通道*/
void SetDAC8552ChannelValue(DAC8552xObjectType *dac,DAC8552LDType ld,DAC8552BSType bs,DAC8552PDType pd,uint16_t data)
{
  uint32_t inputShiftData=0;
  uint8_t sData[3];

  inputShiftData=data;

  inputShiftData=inputShiftData|(ld<<20);
  inputShiftData=inputShiftData|(bs<<18);
  inputShiftData=inputShiftData|(pd<<16);

  sData[0]=(uint8_t)(inputShiftData>>16);
  sData[1]=(uint8_t)(inputShiftData>>8);
  sData[2]=(uint8_t)inputShiftData;

  dac->ChipSelcet(DAC8552CS_Enable);
  dac->WriteDataToDAC(sData,3);
  dac->ChipSelcet(DAC8552CS_Disable);
}

3、驱动的使用

  我们设计了DAC8552的对象驱动，但这个驱动是否正确我们需要验证一下。所以接下来我们设计一个简单的例子来实现对驱动程序的验证。

3.1、声明并初始化对象

  我们使用设计的驱动程序操作DAC8552时，首先需要使用我们定义的对象类型声明一个DAC8552对象。

DAC8552xObjectType dac8552;

  声明了这个对象变量之后，我们还需要使用初始化函数对其进行初始化方可使用。这一初始化函数拥有3个参数：

DAC8552xObjectType *dac,     //DAC8552对象变量
DAC8552WriteType write,      //写数据函数指针
DAC8552ChipSelectType cs     //片选操作函数指针

  第一个参数正是我们要初始化的对象变量；第二个参数为向DAC8552写命令和数据的函数指针；第三个参数是片选信号操作函数指针。这两个函数指针需要我们实现。它们的原型如下：

/* 向DAC发送数据函数指针类型 */
typedef void (*DAC8552WriteType)(uint8_t *tData,uint16_t tSize);
/* 片选操作函数指针类型 */
typedef void (*DAC8552ChipSelectType)(DAC8552CSType cs);

  我们根据函数原型定义，在具体的实现平台上实现它们，如我们在STM32平台上实现如下：

/*定义片选信号函数*/
void DAC8552CS(DAC8552CSType en)
{
  if(DAC8552CS_Enable==en)
  {
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET);
  }
  else
  {
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET);
  }
}

/*定义发送数据函数*/
void DAC8552TransmitData(uint8_t *wData,uint16_t wSize)
{
  HAL_SPI_Transmit (&dac8552hspi, wData, wSize, 1000);
}

  我们将对象变量以及上面实现的2个函数的函数指针作为参数传递给DAC8552对象初始化函数来实现对象变量的初始化。具体如下：

DAC8552Initialization(&dac8552,               //DAC8552对象变量
                   DAC8552TransmitData,    //写数据函数指针
                   DAC8552CS               //片选操作函数指针
                   );

3.2、基于对象进行操作

  初始化对象变量后，我们就可以基于该对象变量实现我们对DAC8552的操作了。我们已经封装了对其移位寄存器操作的函数，直接调用该函数来说实现我们的操作。一个简单的实现函数如下：

/* 修改DAC8552的通道输出 */
void DAC8552Operation(void)
{
  uint16_t wData=0;

  wData=(uint16_t)(65535*tValueA/100);

  SetDAC8552ChannelValue(&dac8552,              //所操作的DAC对象
                         DAC8552_LoadA,         //加载的通道
                         DAC8552BS_BufferA,     //选择的缓存
                         DAC8552PD_Normal,      //Power-Down设置
                         wData                  //所写的数据
                         );

  wData=(uint16_t)(65535*tValueB/100);

  SetDAC8552ChannelValue(&dac8552,              //所操作的DAC对象
                         DAC8552_LoadB,         //加载的通道
                         DAC8552BS_BufferB,     //选择的缓存
                         DAC8552PD_Normal,      //Power-Down设置
                         wData                  //所写的数据
                         );
}

  在这个例子中我们分别通过百分比设定值调整了A、B通道的输出，实现在正常模式下操作A或者B通道，并更新指定的缓存。

4、应用总结

  我们设计并实现了DAC8552模数转换器的驱动程序，并且设计了一个简单的应用来验证这一驱动程序的正确性。所得到的结果证明驱动的设计是没有问题的，实际上我们已经将其运用到实际的项目中，效果良好。

  在使用驱动程序时需要注意，片选信号并非必须实现。因为有些时候我们可能需要在硬件上直接将其选中，此时添加片选操作函数是没有什么意义的，我们可以在初始化时传入NULL来完成。