单片机与串行D-A转换器接口技术

前面介绍的DAC0832是并行D-A转换器，与单片机连接时需要的I/O接口线很多，控制也比较复杂，不利于系统的小型化。在系统性能要求满足的情况下，为节省成本和I/O接口资源，当需要10位以下的低精度时，可以选择单片机片内集成的D-A转换器；如果需要12位以上的高精度时，可以选择片外串行D-A转换器如FLC5618。使用串行D-A转换器具有接口简单、使用方便、控制灵活的特点，有很好的应用前景。本节以AD7543芯片为例介绍串行D-A转换器的接口使用。

1.AD7543的主要特性

AD7543是美国模拟器件（Analog Devices）公司生产的12位串行接口D-A转换器，其主要的性能如下：12位分辨率，分辨率较高；线性度好，非线性误差为±1/2 LSB；+5V单电源供电，功耗低，最大功耗为40 mW；接正选通或负选通进行串行加载；采用非同步清除输入，使其初始化；价格低，性价比高，节省成本。

2.AD7543内部结构与引脚功能

AD7543的逻辑电路由12位串行输入/并行输出的移位寄存器A、12位DAC输入寄存器B和12位D-A转换电路组成。在选通输入信号的前沿或后沿（由用户选择），定时把SRI引脚上的串行数据装入寄存器A。当寄存器A装满后，在加载脉冲的控制下，寄存器A的数据便装入寄存器B，并启动D-A进行转换。AD7543的内部结构和引脚如图14-22所示。

图14-22 AD7543内部结构与引脚图

AD7543采用DIP16封装，其引脚功能说明如下：

I_OUT1、I_OUT2：D-A转换后电流输出端。

STB1、STB2、STB3、STB4：寄存器A选通输入端，其选通的逻辑输入与操作关系见表14-5。

LD1、LD2：寄存器B加载输入选择端，逻辑控制关系见表14-5。

SRI：输入到寄存器A的串行数据输入端。需要转换的数据从单片机串行输入到SRI端进入移位寄存器A，并由STB1、STB2、STB3、STB4逻辑关系控制，见表14-5。：寄存器B清除输入端，低电平有效，用于异步将寄存器B复位为0。

V_REF：基准电压输入端。

R_fb：D-A转换器反馈输入端。

V_CC、AGND、DGND：模拟地和数字地。

表14-5 AD7543逻辑选择与操作关系

3.AD7543与单片机的接口设计(www.xing528.com)

单片机与AD7543的接口有两种方式，即串口连接方式和普通I/O口连接方式。两种接口方式对D-A转换器的转换速度、数据传送的波特率等技术指标要求有所不同。下面分别介绍这两种接口方式的使用。

（1）单片机串口与AD7543的接口设计

单片机的串口方式0，可以在串行移位方式下工作。利用这个特点，单片机串口可以直接与AD7543连接，TXD端输出的移位脉冲在下降沿时将RXD输出的移位数据送入AD7543的移位寄存器A中。接口电路如图14-23所示。

图14-23 AD7543与单片机串口连接电路图

图14-23中，P1.0用来产生数据加载电平，低电平有效，将AD7543内部移位寄存器A中的内容送入寄存器B中进行D-A转换，单片机复位端RST接至AD7543的CLR端，用来实现系统同步复位。

AD7543的12位数据应从高位MSB到低位LSB依次串行移位送入寄存器A中。而单片机的串口在方式0工作时，输出数据从最低位开始串行移位输出。因此，在使用串口输出数据前必须将数据调整好，以便适应AD7543的时序要求。

【例14-10】 按照图14-23所示电路，假设要转换的12位数的高4位存储在31H的低半字节，低8位存储在30H单元。D-A转换程序设计如下：

单片机串口在方式0工作时，其波特率固定为CPU时钟频率的1/12，若CPU的频率f_osc=6MHz时，串行口波特率为50kHz，即位传送周期为20μs。因此，这种连接方式只能用于高速传输系统。

（2）普通I/O口与AD7543的接口设计

除了采用串口可以实现数据传输外，也可以用单片机的普通I/O口模拟串行移位寄存器的工作方式，完成单片机与AD7543的串行数据传输。在这种工作方式下，普通I/O口移位的波特率可以利用编程来调节，数据传输速度可由程序控制，因此这种工作方式适用于不同的传输速度。

【例14-11】 采用普通I/O口与AD7543的接口电路与图14-23类似，只要将串口的TXD、RXD分别改为用P1.1、P1.2与AD7543相连，其他连接不变，即可实现用I/O口模拟串行移位寄存器输出串行数据。参考程序段如下：

假设系统CPU的时钟频率f_osc=6MHz，数据串行传输波特率约为20kHz。只要修改延时时间常数R3的值，即可改变波特率。