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高速D/A轉(zhuǎn)換芯片MX7541原理及應(yīng)用
摘要:美國美信公司生產(chǎn)的MX7541系列器件是一種12位并行高速D/A轉(zhuǎn)換器,此芯片可方便地應(yīng)用于精密儀器的輸出控制系統(tǒng)中。文中介紹了該芯片的基本參數(shù)和主要特性,給出了MAX7541與單片機(jī)和CPLD連接的具體應(yīng)用電路。
關(guān)鍵詞:D/A MAX7541 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 CPLD 單片機(jī)
1 概述
MX7541是美國MAXIM公司生產(chǎn)的高速高精度12位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器芯片,由于MX7541轉(zhuǎn)換器件的功耗特別低,而且其線性失真可低達(dá)0.012%,因此,該D/A轉(zhuǎn)換器芯片特別適合于精密模擬數(shù)據(jù)的獲得和控制。此外,由于MX7541器件內(nèi)部帶有激光制作的精密晶片電阻和溫度補(bǔ)償電路以及NMOS開關(guān),因而可充分保證MX7541具有12位的精度。還有一個(gè)重要特點(diǎn)是:MX7541的所有輸入均與CMOS和TTL電平兼容。
MX7541在電氣和管腳上都與AD公司的AD7541芯片兼容,它們都采用標(biāo)準(zhǔn)的18腳封裝。其主要電氣特點(diǎn)如下:
●轉(zhuǎn)換時(shí)間:0.6μs;
●具有12位線性輸出(1/2LSB);
●準(zhǔn)確度:1LSB;
●功耗低,5V情況下通常為450mW;
●可進(jìn)行四象限乘法轉(zhuǎn)換;
●與TTL、CMOS電平兼容。
2 引腳功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)
圖1所示是MX7541的引腳排列圖,各引腳功能如下
VREFDAC轉(zhuǎn)換器的電壓參考輸入端,其電壓值在±25V之間;
RFB反饋電阻接入端,在雙極模式時(shí)與外置運(yùn)算放大器輸出相連;
OUT1OUT2電流輸出,I1+I2為常數(shù);
BIT1~BIT12數(shù)字量輸出,BIT1為最高位
VDD電源輸入范圍為+17V~+5V
GND數(shù)字地。
圖2所示是MX7541 高速D/A轉(zhuǎn)換芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)功能圖。
3 MX7541的輸入與輸出
MX7541有兩種輸出方式,即單極性輸出和雙極性輸出,兩種方式的電路連接圖分別如圖3和圖4所示。兩種輸出方式的輸入輸出對應(yīng)關(guān)系分別列于表1和表2。
表 單極性輸入輸出關(guān)系
| 數(shù)字輸入量 |
模擬量輸出 | ||
| 最高位 | 位 | ||
| 1 1 1 1 | 1 1 1 1 | 1 1 1 1 | -VREF(4095/4096) |
| 1 0 0 0 | 0 0 0 0 | 0 0 0 0 | -VREF(2048/4096)=-1/2-VREF |
| 0 0 0 0 | 0 0 0 0 | 0 0 0 1 | -VREF(1/4096) |
| 0 0 0 0 | 0 0 0 0 | 0 0 0 0 | 0V |
表2 雙極性方式中輸入輸出關(guān)系
| 數(shù)字輸入量 | 模擬量輸出 | ||
| 最高位 | 位 | ||
| 1 1 1 1 | 1 1 1 1 | 1 1 1 1 | +VREF(2047/2048) |
| 1 0 0 0 | 0 0 0 0 | 0 0 0 1 | +VREF(1/2048) |
| 1 0 0 0 | 0 0 0 0 | 0 0 0 0 | 0V |
| 0 1 1 1 | 1 1 1 1 | 1 1 1 1 | -VREF(1/2048) |
| 0 0 0 0 | 0 0 0 0 | 0 0 0 0 | -VREF(2048/2048)=-VREF |
4。停兀罚担矗迸c單片機(jī)的連接
由于MX7541是12位數(shù)字輸入,因此它必須與16位以上的單片機(jī)相連。當(dāng)其與MCS-96單片機(jī)進(jìn)行連接時(shí),其電路非常簡單,只需把單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接與MX7541的輸入線相連即可。程序也很簡單,只要不停地向其送數(shù)據(jù)即可。
5 與CPLD的連接
由于目前8位單片機(jī)應(yīng)用比較多,再加上MX7541是高速D/A轉(zhuǎn)換器,因此,用單片機(jī)來控制MX7541顯得不是很方便。為此,本文介紹一種運(yùn)用可編程邏輯器件,這里以ALTERA公司的MAX7000系列中的MAX7128S為例,來控制MX7541的方法,該方法進(jìn)而可推廣到其它高速D/A轉(zhuǎn)換芯片。
圖5 仿真輸出波形
這種控制方法的基本思想是利用CPLD連接8位單片機(jī)與12位D/A轉(zhuǎn)換器,其中單片機(jī)與CPLD之間采用兩根控制線來進(jìn)行通訊,同時(shí)用它們來決定數(shù)據(jù)線中數(shù)據(jù)的種類,表3給出了控制線中的數(shù)據(jù)意義。但應(yīng)注意:該方案的輸入時(shí)鐘周期應(yīng)小于單片機(jī)的指令周期。下面給出的是利用VERILOG語言所編寫的程序:
module mx7541(clk,a,b,in,out);
output out;
input a,b,clk;
input[7..0]in;
reg[7..0]out;
reg[7..0] di;
reg[7..0]gao;
always @(negedge clk)
begin
if(a==0 & b==1)
di<=in;
else
if(a==1 & b==0)
gao<=in[3:0];
else
if(a==1 & b==1)
out<={gao[3:0],di[7:]};
end
endmodule
其仿真輸出波形如圖5所示。
表3 控制線中的數(shù)據(jù)意義
| 控制線A | 控制線B | 控制意義 |
| 0 | 0 | 不工作 |
| 0 | 1 | 低8位數(shù)據(jù) |
| 1 | 0 | 高8位數(shù)據(jù) |
| 1 | 1 | 輸出到DA轉(zhuǎn)換器 |
6 結(jié)束語
筆者將MX7541芯片用于高頻波形發(fā)生器結(jié)果證明:該芯片性能穩(wěn)定D/A轉(zhuǎn)換線性良好使用簡單。另外,這種方法也同樣適用于其它同類產(chǎn)品(如MX7542,MX7543,MX7545等芯片)。
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