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：掌握D/A转换芯片AD5064的性能和编程方法。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<<i)&0x80)?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<<i)&0x80)?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<<i)&0x80)?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0Delay(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。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4-14.3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)0.000.501.501.001.502.002.503.003.504.004.505.00显示电压(V)0.100.501.511.101.512.082.513.023.524.024.474.47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<<i)&0x80)?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<<i)&0x80)?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<<i)&0x80)?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