基于AD5064芯片的DA转换程序设计报告.docx
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基于AD5064芯片的DA转换程序设计报告
基于AD5064芯片的DA转换程序设计报告
一、设计目的:
1)掌握D/A转换芯片AD5064的性能和编程方法。
2)以c8051f340单片机控制器,结合LCD1602液晶显示模块,可以实现在室温条件下将给定数字电压信号,经过AD5064转化为相应的模拟量,并用示波器或万用表可显示输出的电压值。
二、设计环境:
1)软件编程部分是在SiliconLaboratoriesIDE软件下完成的。
2)DA转换的数据是在目前室温(3
-14
)下进行的。
3)本次DA转化设计的参考电压值为5V。
三、设计内容:
本次设计包含了:
硬件电路的设计,DA转换程序的设计,硬件电路和程序的调试三大部分。
3.1、硬件电路的设计:
3.1.1DA转换部分硬件电路的设计
AD5064原理图设计如图3-1所示,
图3-1AD5064原理图
3.1.2硬件电路的连接
将c8051f340单片机与lcd1602,及AD5064相互连接。
各模块连线示意图如图3-2所示,输入控制信号有串行数据时钟信号(SCLK)、串行数据输入信号(DIN)、帧同步信号(SYNC)、DAC装载寄存器(LDAC),三个控制信号,实物连接图如图3-3所示:
图3-2各模块连线示意图
图3-3各模块连接实物图
3.2、DA程序设计:
通过阅读AD5064芯片使用手册,结合c8051f340对DA转化的初步程序进行了编写:
测试程序是以DA芯片AD5064为主体,结合c8051f340单片机实现对AD5064的控制,以按键选择,先在LCD1602显示要输出的电压值,再完成输出电压的值DA转化,最后在输出端输出。
3.1.1程序设计总体框图:
图3-4程序设计总体框图
3.1.2程序设计部分:
(1)、AD5064是一个是低功耗、四通道16位位缓冲电压输出,能够以最高50MHz的时钟速率工作,并与标准SPI、QSPI™、MICROWIRE™和DSP接口标准兼容。
片内提供集成基准电压缓冲器和输出放大器。
输入控制信号有串行数据时钟信号(SCLK)、帧同步信号(SYNC)、DAC装载寄存器(LDAC),三个控制信号,可以分别控制4通道输出不同的电压值,片内有两个寄存器,输入寄存器,DAC寄存器,一旦输入寄存器中有数据,可以分别用软件或者硬件来控制DAC寄存器值得更新。
结合AD5064使用手册,首先对一些指令进行了定义,方便之后程序的调用。
#define_0V0x0000//参考电压为5V时,输出为0V时数据位应存入的值
#define_1V0x3333//参考电压为5V时,输出为1V时数据位应存入的值
#define_2V0x6666//参考电压为5V时,输出为2V时数据位应存入的值
#define_3V0x9999//参考电压为5V时,输出为3V时数据位应存入的值
#define_4V0xcccc//参考电压为5V时,输出为4V时数据位应存入的值
#defineC_Writ_IR0X00//给输入寄存器写值命令
#defineC_Rest0X07//复位命令
#defineA_A0X00//DACA通道选择
#defineA_B0X01//DACB通道选择
#defineA_C0X02//DACC通道选择
#defineA_D0X03//DACD通道选择
#defineA_ALL0X0F//DAC所有通道选择
sbitSCLK=P1^0;//串行数据时钟信号
sbitDIN=P1^1;//串行数据输入
sbitSYNC=P1^5;//帧同步信号
sbitLDAC=P1^6;//DAC装载寄存器
(2)、结合AD5064使用手册中的移位寄存器分布图3-5和时序工作图3-6,对AD5064DA转化的操作命令进行了编写,因为数据是大端存储,先送命令位,故以写命令为例,由时序图可知,在时钟下降沿,数据在被帧同步信号锁存,由于本次DA主控器件为单片机,故选用8位为一次操作,先把时钟信号SCLK置1,再将8位数据循环送入数据串行入端口(DIN),完成写命令操作。
图3-5移位寄存器分布图
图3-6时序图工作
写命令子程序:
输入:
为相应的命令伪指令
输出:
无
此程序完成功能:
完成操作控制DA执行的相应命令。
在8次循环中,先将时钟信号置高电平,再将数据位上的第8位数据送入数据串行入端口(DIN)延时一段时间,将时钟电平置0,锁存第8位数据;再次循环,将数据左移一位,取出第8位,送入数据串行入端口(DIN),再延时一段时间后,将时钟电平置0,再次锁存第7位数据,直到8位数据全部送完,从而完成命令控制功能。
注意:
如图3-5所示,,本次命令控制程序只有低4位有用。
voidWrite_Cmd(uchardat)//写命令操作
{
uchari;//用以循环的变量
for(i=0;i<8;i++)//写8位,高4位无用
{
SCLK=1;//时钟信号置高电平
DIN=((dat<
1:
0;//数据从高位到低位依次循环送入数据串行入端口
Delay(30);//延时
SCLK=0;//将SCLK置0,时钟下降沿触发,将输入数据锁存。
Delay(30);//下降沿保持,保证时钟低电平与高电平对应
}
}
写地址子程序:
输入:
为相应的输出通道伪指令
输出:
无
此程序完成功能:
完成操作控制DA通道选择命令。
在8次循环中,先将时钟信号置高电平,再将数据位上的第8位数据送入数据串行入端口(DIN)延时一段时间,将时钟电平置0,锁存第8位数据;再次循环,将数据左移一位,取出第8位,送入数据串行入端口(DIN),再延时一段时间后,将时钟电平置0,再次锁存第7位数据,直到8位数据全部送完,从而完成命令控制功能。
注意:
如图3-5所示,,本次命令控制程序只有4位有用,故只循环4次。
voidWrite_Addr(uchardat)//写地址
{
uchari;//用以循环的变量
dat=dat<<4;//地址只有四位右移使之处在高4位
for(i=0;i<4;i++)//写8位,高4位无用循环四次
{
SCLK=1;//时钟信号置高电平
DIN=((dat<
1:
0;//数据从高位到低位依次循环送入数据串行入端口
Delay(30);
SCLK=0;//将SCLK置0,时钟下降沿触发,将输入数据锁存。
Delay(30);//下降沿保持,保证时钟低电平与高电平对应
}
}
写数据子程序:
输入:
为相应的电压数据指令
输出:
无
此程序完成功能:
完成操作控制DA通道选择命令。
在8次循环中,先将时钟信号置高电平,再将数据位上的第8位数据送入数据串行入端口(DIN)延时一段时间,将时钟电平置0,锁存第8位数据;再次循环,将数据左移一位,取出第8位,送入数据串行入端口(DIN),再延时一段时间后,将时钟电平置0,再次锁存第7位数据,直到8位数据全部送完,从而完成命令控制功能。
注意:
如图3-5所示,因数据位16位,故数据位分高低两个8位完成传输,调用两次此程序。
voidWrite_Date(uchardat)//写数据
{
uchari;//用以循环的变量
for(i=0;i<8;i++)//单片机中,写8位数据,分两次
{
SCLK=1;//时钟信号置高电平
DIN=((dat<
1:
0;//数据从高位到低位依次循环送入数据串行入端口
Delay(30);
SCLK=0;//将SCLK置0,时钟下降沿触发,将输入数据锁存
Delay(30);//下降沿保持,保证时钟低电平与高电平对应
}
}
此外,还有写址地操作和写数据操作子程序与写命令子程序原理一致,(具体程序设计见附录),这里重点再解释一下AD5064的总体程序。
AD5064总程序的设计:
输入:
为相应的伪指令代码,分别是命令、输出对应的通道地址、数据
输出:
无
此程序完成功能:
完成操作控制DA执行的相应命令。
本程序是直接调用之前的子程序,从而实现了对AD5064的操作,因为在本次设计中直接用了16位数据,但鉴于单片机的原因,先将数据分为两个8位,之后按照图3-6所示,先将帧同步信号置0,再直接调用Write_Cmd,Write_Addr,Write_Date的命令,完成对移位寄存器的操作,之后再将帧同步信号置1,再通过LDAC置0来实现LDAC寄存器的更新,本程序中先将所给数据分为高低两个8位,通过两次调用写数据程序完成数据的传输。
voidADC5064_write(ucharcmd,ucharadd,intdat)//AD5064写程序
{
uchardath,datl;//定义两位用于存储数据高低位
dath=(dat&0xff00)>>8;//取出高8位
datl=dat&0x00ff;//取出低8位
SYNC=0;//将帧同步信号置0
Delay(30);
Write_Cmd(cmd);//调用写命令子程序
Write_Addr(add);//调用写地址子程序
Write_Date(dath);//写数据高8位
Write_Date(datl);//写数据低8位
Write_Addr(0x00);//无效数据位或ldac
SYNC=1;//将帧同步信号置0
Delay(30);
LDAC=0;//通过硬件对DAC寄存器进行刷新,使相应端口输出电压值
Delay(30);
LDAC=1;
Delay(30);
}
(3)、调用方法举例:
当程序调用时可以直接调用ADC5064_write总体写程序,就可以实现对ADC5064的控制。
例如:
①ADC5064_write(C_Rest,A_ALL,_0V);
本程序可以使ADC5064的所有输出端口复位为0V。
C_Rest为控制命令,A_ALL为选择所有输出通道地址,_0V为使输出为0V时的数据。
②ADC5064_write(C_Writ_IR,A_A,_3V);
本程序可以使ADC5064的A通道输出端口输出3V。
C_Writ_IR为控制命令,是将从数据串行入端口(DIN)送入的数据送到输入寄存器中,A_A为选择A通道输出,_3V为使输出为3V。
四、硬件电路的测试和程序调试:
4.1、硬件电路的调试
结合PCB板子,对DA芯片AD5064的硬件电路进行了焊接、测试和调试,仔细检查各个管脚走线,确保了各个管脚无错误相连以及板子上各个芯片正常供电。
4.2、对程序进行调试:
在对测试程序调试之后,可以满足通过c8051f340开发板上的按键来控制所要输出的电压值。
调试结果选取如图4-1所示:
图4-1
4.3信号时序图测试:
在调试过程中主要对时钟信号和帧同步信号、LDAC进行了测试,因为数据是在时钟信号的下降沿被送入输入寄存器的,因为数据各不相同,所以只需要观察时钟信号即可知完成一次数据所用的时间。
时钟信号如图4-2所示:
图4-2时钟信号
两个下降沿相隔110us。
故完成一次对AD5064的数据操作,需要3200us。
从帧同步信号的下降沿开始,时钟信号必须要延迟一段时间才可以进行数据的数据,故帧同步信号的下降沿到数据的第一位开始锁存之间加了一个延时,时间为112us.用示波器观察如图4-3所示。
图4-3帧同步信号之后的延时
LDAC信号为DAC寄存器更新信号控制信号,该信号置0时,输出通道才有电压输出,该信号置0时间必须延时一段时间,才可以完成输出端口电压的更新。
延时时间软件设计时间为50us。
示波器观察如图4-4所示:
图4-4
五、调试结果分析
通过对AD5064芯片的调试,分别对输入从0V-5V进行了测试,测试结果如表5-1所示,
并作测试图如图5-2所示。
输入
电压(V)
0.00
0.50
1.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
显示
电压(V)
0.10
0.50
1.51
1.10
1.51
2.08
2.51
3.02
3.52
4.02
4.47
4.47
表5-1
图5-2
注:
显示电压是以直流稳压电源作为电源电压Vref=5.02V。
由表5-1和图5-2可知:
本测试程序可以实现0V-4.5V之间的DA转化,结果十分接近。
目前存在的问题和不足:
经过多次反复测试,发现:
当输入电压为5V时输出的电压只有4.47V左右,出现了比较大的偏差,原因正在检查之中。
附录:
DA转换测试主程序
//-----------------------------------------------------------------------------
//AD5064_TEST.c
//-----------------------------------------------------------------------------
/********************************************************************************************
*Filename:
DA_MAIN.c
*Compiler:
SiliconLaboratoriesIDE
*Projectname:
DA_TEST
*Author:
WendellNeil(倪文龙)
*Date:
2012.10.7
*Description:
本程序是以AD公司的DA芯片AD5064为主体,结合c8051f340单片机实
*对AD5064的控制,以按键选择,先在LCD1602显示要输出的电压值,再
*完成输出电压的值DA转化,最后在输出端口输出。
*comments:
参考电压本程序以为5V基准,即Vref外接5V电压
*********************************************************************************************/
#include"c8051f340.h"
#include"LCD1602.h"
#include"source.h"
#define_0V0x0000//参考电压为5V时,输出为0V时数据位应存入的值
#define_1V0x3333//参考电压为5V时,输出为1V时数据位应存入的值
#define_2V0x6666//参考电压为5V时,输出为2V时数据位应存入的值
#define_3V0x9999//参考电压为5V时,输出为3V时数据位应存入的值
#define_4V0xcccc//参考电压为5V时,输出为4V时数据位应存入的值
#defineC_Writ_IR0X00//给输入寄存器写值命令
#defineC_Rest0X07//复位命令
#defineA_A0X00//DACA通道选择
#defineA_B0X01//DACB通道选择
#defineA_C0X02//DACC通道选择
#defineA_D0X03//DACD通道选择
#defineA_ALL0X0F//DAC所有通道选择
sbitSCLK=P1^0;//串行数据时钟信号
sbitDIN=P1^1;//串行数据输入
sbitSYNC=P1^5;//帧同步信号
sbitLDAC=P1^6;//DAC装载寄存器
voidWrite_Cmd(uchardat)//写命令
{
uchari;
for(i=0;i<8;i++)//写8位,高4位无用
{
SCLK=1;//Delay1us
(1);
DIN=((dat<
1:
0;//数据从高位到低位传送
Delay(30);//12M晶振,延时50us
SCLK=0;
Delay(30);
}
}
voidWrite_Addr(uchardat)//写地址
{
uchari;
dat=dat<<4;
for(i=0;i<4;i++)
{
SCLK=1;
DIN=((dat<
1:
0;
Delay(30);
SCLK=0;
Delay(30);
}
}
voidWrite_Date(uchardat)//写数据
{
uchari;
for(i=0;i<8;i++)
{
SCLK=1;
DIN=((dat<
1:
0;
Delay(30);
SCLK=0;
Delay(30);
}
}
voidADC5064_write(ucharcmd,ucharadd,intdat)//AD5064写程序
{
uchardath,datl;
dath=(dat&0xff00)>>8;
datl=dat&0x00ff;
SYNC=0;
Delay(30);
Write_Cmd(cmd);
Write_Addr(add);
Write_Date(dath);//写数据高8位
Write_Date(datl);//写数据低8位
Write_Addr(0x00);//无效数据位或ldac
SYNC=1;
Delay(30);
LDAC=0;
Delay(30);
LDAC=1;
Delay(30);
}
voidmain()//测试程序,用按键控制输出值。
{
inti;
Init_Device();
LCD_Initial();
Delay_ms(5);
LCD_Write(LCD_COMMAND,LCD_CLEAR_SCREEN);
Delay1ms(1000);
GotoXY(0,0);
Print("Inputvalueis");
GotoXY(0,1);
Print("V");
Delay1ms(1000);
Led1=0;
Led2=0;
ADC5064_write(C_Rest,A_ALL,_0V);//AD5064上电复位,每个Vout输出为零
Delay1ms(1000);
for(i=0;i<3;i++)
{
Led1=~Led1;
Led2=~Led2;
Delay1ms(1000);
}
Led1=~Led1;
while
(1)
{ADC5064_write(C_Writ_IR,A_C,_3V);//如果Key1按下,C通道输出3V
ADC5064_write(C_Writ_IR,A_B,_0V);//如果Key1按下,B通道输出0V
if(Key1==0)
{
GotoXY(5,1);
Print("1.00");
Delay1ms(1000);
ADC5064_write(C_Writ_IR,A_A,_1V);//如果Key1按下,A通道输出1V
//Led1=~Led1;
}
if(Key2==0)
{
GotoXY(5,1);
Print("2.00");
Delay1ms(1000);
ADC5064_write(C_Writ_IR,A_A,_2V);//如果Key2按下,A通道输出2V
}
}
}