MCS－51与串行D/A转换器的接口设计

1. 概述
　　在微机控制的电气设备中，常常需要把数字信号变成模拟信号，以驱动电气设备的运行，在这个过程中，D/A转换是一个十分重要的环节，亦是微机控制系统重要的组成部分。一般的D/A转化芯片都是并行接口，如8位系列0830/0831/0832、10位系列7520/7530/7533和 12位系列1208/1209/1210等均为并行接口，14位、16位系列也全部为并行接口。只有AD7543是12位串行D/A转换芯片，它是美国模拟器件公司(Analog Devices)的产品，属于特殊用途D/A转换器，和并行接口芯片有很大不同，使用该芯片构成的系统具有接线简单、使用方便、控制灵活的特点，具有较好的应用前景和开发价值。

2. AD7543内部框图和特性
　　AD7543为16引脚双列直插式封装，内部框图和引脚符号如图1所示。
　　AD7543的逻辑电路由12位串行输入并行输出移位寄存器(A)和12位DAC输入寄存器(B)以及12位DAC单元组成。在选通输入信号的前沿或后沿(由用户选择)定时地把RSI引脚上的串行数据装入寄存器A，一旦寄存器A装满，在加载脉冲的控制下，寄存器A的数据便装入寄存器B。并进行D/A转换。
　　AD7543的引脚功能见表1。出现在AD7543的SRI引脚上的串行数据在STB1、STB2和STB4的上升沿或STB3的下降沿作用下，定时的移到移位寄存器A中，寄存器A和B控制输入端所要求的各种信号的逻辑关系如表2所列。

　　AD7543的主要特性如下：
　　● 分辨率为12位。
　　● 非线性为±1/2LSB。
　　● 接正或负选通进行串行加载。
　　●用非同步清除输入使其初始化。
　　●低功耗、最大为40mW。
3. AD7543和8031单片机的接口设计
　　实现AD7543与单片机的连接有两种方法，其一是基于字节操作，利用串行通讯接口实现，其二是基于位操作，利用普通输入输出口线实现，两种实现方法对A/D转化芯片的转换速度、工作以及数据传输的波特率等技术指示的要求各不相同。以下具体说明这两种实现的方法。
3.1 AD7543与单片机串行通讯接口的连接
　　图2是8031的串行口和AD7543相连的接口电路，8031的串行口选用方式0(移位寄存器方式)，其TXD端移位脉冲的负跳变将RXD输出的位数据移入AD7543，利用P1.0产生加载脉冲，由于是低电平有效，从而将AD7543移位寄存器A中的内容输入到寄存器B中，并启动D/A，单片机复位端接AD7543的消除CLR端，以实现系统的同步。

　　由于AD7543的12位数据是由高字节至低字节串行输入的，而8031单片机串行口工作于方式0时，其数据是由低字节至高字节串行输出的。因此，在数据输出之前必须重新装配，并改变发送顺序，以适应AD7543的时序要求。如表3所列，其中数据缓冲区DBH为高字节存储单元，DBL为数据低8位存储单元。
　　改变数据发送顺序的程序如下：
OUTDA：MOV A，DBH　；取高位
　　 SWAP ；高4位和低4位交换
　　　　MOV DBH，A
　　　　MOV A，DBL ；取低位
　　　　ANL A，＃OFOH ；截取高4位
　　　　SWAP ；高4位和低4位交换
　　　　ORL A，DBH ；合成，(DBH)=D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4
　　　　LCALL ASMBB ；顺序转换
　　　　MOV DBH，A 　；存结果(DBH)=D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11
　　　　MOV A，DBL 　 ；取低位
　　　　ANL A，＃OFH 　；截取低4位
　　　　SWAP ；交换，(A)=D3 D2 D1 D0 0 0 0 0
　　　　LCALL ASMBB 　；顺序转换
　　　　　MOV DBL，A  ；存结果(A)=0 0 0 0 D0 D1 D2 D3
　　　　　MOV A， DBH
　　　　　MOV SBUF，A　；发送高8位
　　　　　JNB TI ＄　  ；等待发送完成
　　　　　CLR TI 　　　；发送完毕，清标志
　　　　　MOV A，DBL
    　　　MOV SBUF，A　 ；发送低4位
　　　　　JNB TI ＄　　　 ；等待
　　　　　CLR TI　　　　 ；发送完毕
　　　　　CLR P1.0　　　 ；A寄存器加载到B寄存器
　　　　　NOP
　　　　　SETB P1.0 　　　；恢复
　　　　　REF
　　　　　……
ASMBB：　MOV R6，＃00H
　　　　　MOV R7，＃08H
　　　　　CLR C
ALO：　　 RLC A
　　　　　XCH A，R6
　　　　　RRC A
　　　　　XCH A，R6
　　　　　DJNZ R7，AL0
　　　　　XCH A，R6
　　　　　RET
　　以上这种方式的单片机串行通讯口与AD7543的接口电路，其波特率固定为CPU时钟频率的1/12，如果CPU的频率为6MHz，那么波特率为50kbps，位周期为20μs，显然，这种连接方法只能用于高速系统。
3.2 AD7543与单片机普通输入输出口线的连接
　　AD7543可以用8031的P1口实现数据传送。这种方法的波特率可调，传输速度由程序控制。电路与图2相同，仅把8031的数据输出端由RXD引脚改为P1.1，将移位脉冲输出端由TXD改为P1.2口线，P1.0仍为加载脉冲输出。其程序如下：
FS： 　　MOV R7，＃04H
　　　　MOV A，DBH；数据高4位
　　　　SWAP
LOOP1： RLC A
　　　　MOV P1.0 ；输出
　　　　LCALL PULSE ；移位脉冲输出
　　　　DJNZ R7，LOOP1 ；4位未完继续
　　　　MOV R7，＃08H
　　　　MOV A，DBLH ；数据低8位
LOOP2： RLC A
　　　　MOV P1.0 C ；输出
　　　　LCALL PULSE ；移位脉冲输出
　　　　DJNZ R7，LOOP2 ；8位未完继续
　　　　CLR P1.1 ；输出加载脉冲
　　　　NOP
　　　　SETB P1.1
　　　　RET ；传送完毕
PULSE： SETB P1.1 ；输出高电平
　　　　MOV R3,＃4
PULS1: DJNZ R3,PULS1
　　　　CLR P1.1;输出低电平
　　　　MOV R3，＃4
PULS2:DJNZ R3,PULS2
　　　　RET
　　其中FS为AD7543驱动程序，子程序PULSE为移位脉冲形成程序，改变R3的数值可以改变移位脉冲的频率。从而改变串行通讯波特率。