1概述

AD5532是美國(guó)ADI公司推出的一款32通道、14位串行輸入、電壓輸出型單片集成數(shù)模轉(zhuǎn)換器。它還內(nèi)置一個(gè)額外的A／D轉(zhuǎn)換器，能將外部電壓采樣數(shù)據(jù)傳遞至相應(yīng)D／A單元，可以實(shí)現(xiàn)精度高達(dá)±0.018％的無(wú)限采樣保持功能。AD5532具有串行輸人、多通道模擬輸出等特性，適用于對(duì)性能、功耗要求高，模擬通道需求多的測(cè)控系統(tǒng)。

2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能

圖1所示為AD5532的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，AD5532片內(nèi)集成1個(gè)A／D轉(zhuǎn)換單元(專(zhuān)為ISHA模式設(shè)置)和32個(gè)D／A轉(zhuǎn)換單元，每個(gè)D／A轉(zhuǎn)換單元均配有一個(gè)輸出緩沖器。此外，片上還有串行、并行邏輯電路易于外部控制器相連。在D／A轉(zhuǎn)換模式下，需要通過(guò)串行輸入方式將14 bit的數(shù)據(jù)傳送到32個(gè)D／A轉(zhuǎn)換寄存器中的某一個(gè)，隨后，該數(shù)據(jù)將轉(zhuǎn)換為模擬輸出VOUT0～VOUT31(帶有增益和偏移)。

AD5532的引腳功能描述如下：

AVCC：模擬供電電壓，范圍為4.75 V～5.25 V，只向D／A轉(zhuǎn)換器內(nèi)核供電；
VDD：正電源端，范圍為8 V～16.5 V；
VSS：負(fù)電源端，電壓范圍-4.75 V～-16.5 V；
DGND：數(shù)字地，數(shù)字電路的參考點(diǎn)；
DVCC：數(shù)字電源端數(shù)字信號(hào)供電電壓，范圍為2.7 V～5.25 V；
DAC_GND：所有D／A轉(zhuǎn)換模塊的參考地；
REF_IN：VOUT0～VOUT31的參考輸入電壓；
REF_OUT：內(nèi)部參考輸出電壓，提供3 V電壓；
VOUT：32個(gè)通道的輸出；
VIN：無(wú)限采樣／保持模擬輸入電壓，在D／A轉(zhuǎn)換模式時(shí)，該引腳接地；
A4～A0：并行模式下端口地址，5個(gè)地址引腳選定32個(gè)通道。A4是通道地址的MSB，A0是通道地址的LSB。每個(gè)引腳均有內(nèi)部上拉電阻，因此，這些引腳懸空時(shí)，默認(rèn)為邏輯高電平；
CAL：并行模式下控制32個(gè)D／A轉(zhuǎn)換單元同步向VIN采樣，接內(nèi)部下拉電阻，因此，該引腳懸空時(shí)，默認(rèn)為邏輯低電平；
nCS／nSYNC：低電平時(shí)，在并行模式下，片選使能；在串行模式下為幀同步；
nWR：在并行模式下有效，寫(xiě)信號(hào)，低電平有效，配合nCS／nSYNC引腳可通過(guò)并口確定地址，內(nèi)部下拉電阻，懸空時(shí)默認(rèn)為邏輯低電平；
OFFSET_SEL：并行模式下有效，偏移選擇，高電平有效，用于選擇偏移通道，內(nèi)部下拉電阻，懸空時(shí)默認(rèn)為邏輯低電平；
SCLK：串行模式下的串行時(shí)鐘輸入，工作頻率為14 MHz,20 MHz時(shí)工作在ISHA模式。
DIN：串行模式下的串行數(shù)字輸入，在SCLK下降沿?cái)?shù)據(jù)有效，內(nèi)部上拉電阻，懸空時(shí)默認(rèn)為邏輯高；
DOUT：串行模式下的串行數(shù)字輸出，在SCLK上升沿?cái)?shù)據(jù)輸出；
SER／nPAR：允許用戶(hù)選擇串行接口或并行接口模式，當(dāng)拉為低電平時(shí)，選擇并行接口模式，當(dāng)拉為高電平時(shí)，選擇串行接口模式。內(nèi)部下拉電阻懸空時(shí)默認(rèn)為邏輯低；
OFFS_IN：偏移輸入，改變其輸入電壓調(diào)節(jié)VOUT的輸出范圍；
OFFS_OUT：偏移輸出，連接至OFFS_IN可調(diào)節(jié)VOUT的輸出范圍；
BUSY：使能采樣輸入電壓，該引腳下降時(shí)，采樣輸入信號(hào)，上升時(shí)，采樣完成；
nTRACK／nRESET：該引腳保持高電平時(shí)，一旦通道被選中，采樣VIN；該引腳保持低電平時(shí)，直接切換至GAIN／OFFSET環(huán)節(jié)輸入至VIN，選定通道在nTRACK的上升沿采樣VIN。該引腳也可用于將器件復(fù)位至上電復(fù)位階段。內(nèi)部上拉電阻，懸空時(shí)默認(rèn)為邏輯高電平。

3 工作原理

AD5532提供串并行兩種控制方式，數(shù)字／模擬轉(zhuǎn)換、無(wú)限采樣／保持、回讀以及采樣回讀四種工作模式，其中并行控制方式只在無(wú)限采樣／保持模式下起作用。

圖2的a、b分別是DAC模式和回讀模式下的數(shù)據(jù)傳輸格式。這兩種模式下的數(shù)據(jù)傳輸格式基本相同，只是MODE BIT不同。圖b中DIN引腳上的數(shù)據(jù)在輸入A0位后自動(dòng)忽略，DOUT在第2個(gè)nCS／nSYNC下降沿后輸出相應(yīng)DAC寄存器中DB13～DB0位。

串行數(shù)據(jù)傳輸格式的前2位為工作模式位。CAL位在DAC工作模式下是測(cè)試位，為'1'時(shí)32個(gè)DAC寄存器同時(shí)置'1'或'0'。OFFSET_SEL位為'1'時(shí)表示選用OFFSET通道，A4～A0位忽略。A4～A0位為地址位，這5位數(shù)據(jù)確定相應(yīng)的DAC，A4為MSB，A0為L(zhǎng)SB。DB13～DB0位中的數(shù)據(jù)，寫(xiě)入由A4～A0確定的DAC寄存器，其中，DB13為MSB，DB0為L(zhǎng)SB。

圖3和圖4所示分別為AD5532的串行讀、寫(xiě)時(shí)序。在連續(xù)或非連續(xù)串行時(shí)鐘下。在nCS／nSYNC的第一個(gè)下降沿復(fù)位計(jì)數(shù)串行時(shí)鐘計(jì)數(shù)器，確保相應(yīng)位移入或移出串行寄存器。一旦在所選的工作模式下移人或移出數(shù)據(jù)位后，SCLK信號(hào)被忽略。下一次串行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)首先利用nCS／nSYNC的下降沿復(fù)位計(jì)數(shù)器。

回讀模式下，nCS／nSYNC的下降沿后第一個(gè)SCLK的上升沿時(shí)DOUT離開(kāi)高阻狀態(tài)并在其上升沿輸出數(shù)據(jù)，一旦到達(dá)SCLK的第14個(gè)下降沿DOUT返回高阻狀態(tài)。DIN上的數(shù)據(jù)在nCS／nSYNC下降沿后的第一個(gè)SCLK的下降沿被鎖存并在后續(xù)的SCLK下降沿連續(xù)鎖存。串行接口僅在SYNC的下降沿時(shí)輸入／輸出數(shù)據(jù)。

4 典型應(yīng)用

圖5所示為AD5532在DAC工作模式下的典型應(yīng)用原理圖。其中VDD提供+15 V電壓，VSS提供-15 V電壓，AVCC提供+5 V電壓，與三星公司S3C2440相連，DVCC提供+3.3 V電壓。由于本系統(tǒng)僅需DAC功能，所以將SER／nPAR及nTRACK／nRESET引腳電壓拉高，串行輸入／輸出引腳與S3C2440的相應(yīng)SPI引腳相連。其余未涉及引腳如果是輸入端最好接地或拉高。

S3C2440采用兩種方式實(shí)現(xiàn)與AD5532的串口通信：一是采用串行外圍設(shè)備接口(SPI接口)；二是通過(guò)直接編程控制相應(yīng)I／O引腳實(shí)現(xiàn)通信功能(軟件SPI方式)。前者SPI模塊在一系列寄存器設(shè)置后，由硬件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的移入和移出完成串行通信；后者是通過(guò)軟件控制I／O端口，逐位將數(shù)據(jù)由端口發(fā)送或接收。由于AD5532串行接口在D／A輸出時(shí)接收24位數(shù)據(jù)，而回讀時(shí)只需10位數(shù)據(jù)，不符合S3C2440的SPI接口傳輸時(shí)8位數(shù)據(jù)對(duì)齊要求。故本系統(tǒng)采用軟件SPI方式，根據(jù)D／A輸出模式與回讀模式下數(shù)據(jù)傳輸格式編寫(xiě)相關(guān)函數(shù)。

系統(tǒng)采用Windows CE.NET4.2操作系統(tǒng)，程序運(yùn)行空間分成內(nèi)核態(tài)與用戶(hù)態(tài)，且所有地址均為虛擬地址。由于應(yīng)用程序無(wú)法訪(fǎng)問(wèn)I／O引腳的控制與數(shù)據(jù)寄存器，所以編寫(xiě)函數(shù)前需先按照WindowsCE.NET驅(qū)動(dòng)程序方式編寫(xiě)：先申請(qǐng)某一內(nèi)存地址空間，然后將該地址空間映射到I／O引腳的寄存器，最后對(duì)該地址相應(yīng)位進(jìn)行讀寫(xiě)操作，模擬AD5532所需的串行傳輸方式控制器件。

申請(qǐng)地址空間：

將該地址空間映射到S3C2440的實(shí)際I／O地址空間中：

完成了上述步驟，可通過(guò)讀寫(xiě)v_pIOPregs實(shí)際控制相應(yīng)引腳。

SPICLK／GPE13，SPIMOSI／GPE12，SPIMISO／GPE11引腳輸人／輸出狀態(tài)設(shè)置：

以上函數(shù)中channel取0～31，被移位到低14位時(shí)，表示選擇的通道；value取低14位，表示輸出的具體值。

將以上代碼加入到應(yīng)用程序源代碼中，就可根據(jù)需要調(diào)用函數(shù)訪(fǎng)問(wèn)AD5532進(jìn)行D／A輸出。當(dāng)然，在編譯前，還需要找到pkfunc.h，ceddk.h，Winbase.h文件，并將其放置在源代碼目錄下，并申請(qǐng)內(nèi)存空間及映射內(nèi)存空間代碼文件頭include進(jìn)去，否則應(yīng)用程序最后無(wú)法編譯，提示找不到相應(yīng)函數(shù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

采用AD5532串行模式進(jìn)行D／A轉(zhuǎn)換具有速度快、精度高、功耗低、占用口線(xiàn)少的優(yōu)點(diǎn)，非常適用于需要多通道，寬范圍模擬信號(hào)輸出的場(chǎng)合。該系統(tǒng)電路已在實(shí)驗(yàn)中調(diào)試通過(guò)。