引言

在計(jì)算機(jī)的測(cè)控系統(tǒng)中，常要用到模擬輸出，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）就是一種將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)的器件。DAC根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的格式一般分為并行和串行兩種，并行的DAC通常有8位、10位、12位和16位等，并行芯片進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換時(shí)，輸出建立時(shí)間短，通常不超過10μs，但它們的引腳比較多，芯片體積大，與CPU連接時(shí)電路較復(fù)雜。有些應(yīng)用并不太計(jì)較D/A轉(zhuǎn)換的輸出建立時(shí)間，比如在數(shù)控機(jī)床中，主軸電機(jī)通常由交流變頻器來控制，交流變頻器接受數(shù)控系統(tǒng)輸出的模擬電壓，當(dāng)需要改變主軸轉(zhuǎn)速時(shí)，從數(shù)字量轉(zhuǎn)速的輸入到模擬量轉(zhuǎn)速的實(shí)現(xiàn)，由于三相異步電機(jī)的啟動(dòng)，中間通常有一個(gè)較長的時(shí)間（一般需要1～3s）。此時(shí)，在數(shù)控系統(tǒng)中，選用串行DAC來控制變頻器，即可滿足要求，雖然輸出建立時(shí)間比并行DAC稍長（通常也不超過100μs），但這樣的時(shí)間與電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間比起來，完全可以忽略不計(jì)，且串行DAC與CPU連接時(shí)所用引線少、電路簡單，芯片體積小、價(jià)格低。

當(dāng)精度要求不是太高時(shí)，對(duì)于單路的DAC，可以選用美國MAXIM公司生產(chǎn)的8位串行D/A芯片MAX517。本文將主要介紹MAX517的特性及其與AT89S52單片機(jī)的通信。

MAX517的性能簡介

MAX517是8位電壓輸出型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，它帶有簡單的雙線串行接口，允許多個(gè)設(shè)備之間進(jìn)行通信。MAX517使用簡單的雙線串行接口，只需要標(biāo)準(zhǔn)的微處理器提供2根總線與之相連，如圖1所示。微處理器的SCL輸出時(shí)鐘信號(hào)，SDA輸出數(shù)據(jù)。當(dāng)微處理器的SCL傳送時(shí)鐘脈沖時(shí)，對(duì)于MAX517來說，最高頻率不能超過400kHz，即波特率不超過400kbps。圖2是MAX517的一個(gè)完整的串行數(shù)據(jù)傳送時(shí)序。

首先，微處理器應(yīng)給MAX517一個(gè)地址字節(jié)，MAX517收到之后，給處理器一個(gè)應(yīng)答信號(hào)；其次，處理器再給MAX517一個(gè)命令字節(jié)，MAX517收到之后，又發(fā)一個(gè)應(yīng)答信號(hào)給處理器；最后，處理器將要轉(zhuǎn)換的數(shù)字量（輸出字節(jié)）送給MAX517，MAX517收到之后，再一次向處理器發(fā)送一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。至此，一個(gè)完整的串行數(shù)據(jù)傳送即告結(jié)束。

MAX517與AT89S52單片機(jī)的通信

對(duì)于AT89S52單片機(jī)來說，有兩種方式向MAX517傳送數(shù)據(jù)，一種是串行傳送方式，另外一種是普通輸出方式。

● 串行傳送方式

如圖4所示，將AT89S52的RXD、TXD引腳分別連接到MAX517的SDA和SCL引腳，把AT89S52的串行口設(shè)置成工作方式0。此時(shí)，AT89S52 CPU的串行口為同步移位寄存器方式，其波特率是固定的，為CPU晶振頻率fosc的 1/12，數(shù)據(jù)由RXD引腳出入，同步移位脈沖由TXD引腳送出，發(fā)送或接收的是8位數(shù)據(jù)，低位在先，高位在后。當(dāng)一個(gè)8位的數(shù)據(jù)寫入CPU的串行口發(fā)送緩沖器SBUF時(shí)，串行口即將8位數(shù)據(jù)以 fosc/12的波特率從RXD引腳輸出（從低位到高位），發(fā)送完成時(shí)，置中斷標(biāo)志TI=1。采用上述傳送方式時(shí)，正好與MAX517的串行口特性相吻合。詳細(xì)的傳送程序清單如下。

---CLR ES ；關(guān)串行口中斷

---MOV SCON，#00H ；初始化，寫串行口控制字，取工作模式0

---MOV A，#01011000B ；準(zhǔn)備MAX517的地址字節(jié)

---MOV SBUF，A ；向CPU的串口發(fā)送

---JNB TI，$ ；送完8位否？若未送完，則踏步等待

---CLR TI ；若送完，則清TI標(biāo)志

---JB P3.0，$ ；查應(yīng)答信號(hào)

---NOP ；地址已送完

---MOV A，#00000000B ；準(zhǔn)備MAX517的命令字節(jié)

---MOV SBUF，A ；向CPU的串口發(fā)送

---JNB TI，$ ；送完8位否？若未送完，則踏步等待

---CLR TI ；若送完，則清TI標(biāo)志

---JB P3.0，$ ；查應(yīng)答信號(hào)

---NOP ；命令已送完

---MOV A，#xxH ；準(zhǔn)備MAX517的輸出字節(jié)

---MOV SBUF，A ；向CPU的串口發(fā)送

---JNB TI，$ ；送完8位否？若未送完，則踏步等待

---CLR TI ；若送完，則清TI標(biāo)志

---JB P3.0，$ ；查應(yīng)答信號(hào)

---NOP ；輸出字節(jié)已送完

---RET

值得注意的是，MAX517的+5V SCL在接收CPU送來的脈沖信號(hào)時(shí)，fmax=400kHz，而CPU的串口工作在方式0時(shí)，從TXD引腳輸出的脈沖頻率fTXD=fosc/12。這樣，就要求fTXD=fosc/12≤400kHz，即fosc≤4.8MHz，也就是說，CPU的晶振頻率不能超出4.8MHz。對(duì)于機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)來說，選用MCS-51系列單片機(jī)作CPU時(shí)，若fosc≤4.8MHz，雖然照顧了MAX517的數(shù)據(jù)傳送，但會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的處理速度大大降低。因此，采用CPU串口方式0進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的方案，要視具體場(chǎng)合，在高速場(chǎng)合，通常不可取，只能用在低速場(chǎng)合。另外，采用串行傳送時(shí)，CPU就不能再與其他系統(tǒng)進(jìn)行串行通信了。

● 普通輸出方式

在普通輸出方式下，可以通過CPU的2根輸出線，或系統(tǒng)擴(kuò)展輸出芯片（如8255A）的2根輸出線與MAX517進(jìn)行通信。圖4中采用的是AT89S52的P1.1、P1.0兩引腳，分別與MAX517的SCL、SDA兩引腳相連接。CPU遵照MAX517的工作時(shí)序，通過其P1.1引腳在必要的時(shí)候主動(dòng)地輸出單個(gè)的時(shí)鐘脈沖，作為時(shí)鐘信號(hào)，然后從P1.0引腳逐個(gè)地輸出地址字節(jié)、命令字節(jié)和輸出字節(jié)。在普通輸出方式下，串行數(shù)據(jù)傳送的軟件流程如圖5所示。在數(shù)據(jù)的傳送過程中，必須遵守以下的約定：

（1）起始條件

傳送沒有開始的時(shí)候，CPU 先將P1.1置高，使得MAX517的SCL=1；然后CPU控制P1.0由高變低，使得MAX517的SDA產(chǎn)生負(fù)跳變，標(biāo)志著傳送的開始。

（2）中間過程

中間過程需要傳送地址字節(jié)、命令字節(jié)和輸出字節(jié)。根據(jù)MAX517的工作時(shí)序，當(dāng)且僅當(dāng)SCL=0（即P1.1=0）時(shí)，SDA才能產(chǎn)生跳變（P1.0由0變1，或由1變0）；當(dāng)SCL=1（即P1.1=1）時(shí)，SDA狀態(tài)保持（即P1.0=0或1，保持不變）。

（3）終止條件

當(dāng)傳送快要結(jié)束的時(shí)候，CPU先將P1.1置高，使得MAX517的SCL=1；然后CPU控制P1.0由低變高，使得MAX517的SDA產(chǎn)生正跳變，標(biāo)志著傳送的結(jié)束。

在普通輸出方式下，不占用CPU的串行口，不影響本系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的串行數(shù)據(jù)通信；并且普通輸出方式的傳送易于控制速度，不像串行傳送方式對(duì)CPU的晶振頻率有限制，因此推薦使用普通輸出方式。

結(jié)束語

在研制的機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中，選擇AT89S52單片機(jī)作為CPU，采用本文提出的普通輸出方式向MAX517傳送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)交流變頻器的控制。應(yīng)用實(shí)踐表明，采用MAX517進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換時(shí)，硬件連接簡單，軟件編程方便，器件成本低廉，系統(tǒng)運(yùn)行可靠。本文提出的單片機(jī)與MAX517的通信方式，對(duì)于MAX518和MAX519兩種DAC也具有一定的參考價(jià)值。

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