基于AD5412菊花链的数模转换设计

第3期(总第172期) 2012年6月 机械工程与自动化 MECHANlCALENGINEERING＆ AUTOMATI()N No．3 JulL 文章编号：1672—6413(2012)03-0055—03 基于AD5412菊花链的数模转换设计 樊妮娜，夏路易 (太原理工大学，山西 太原030024) 摘要：首先说明了AD5412鼓模转换芯片的应用特性，阐述了AD5412数模转换芯片菊花链工作模式的工作 原理，并简单介绍了此工作模武的配置。其次．详细说明了AD5412芯片与LM3S9896徽控审时器的接口电 路．最后，简单介绍了AD5412菊花链数模转换的软件实现方法． 关键词lAD5412f菊花链lLM3SgB96}SPII数模转换 率圈分类号：TP335+．4文献标识码-A 0引言 在工业生产中．大量的用电设备(执行机构、变送 器等)都需要在平滑调节的测试电压下稳定工作。此 时需要采用数模转换芯片将输入的数字电压转换为可 以平滑调节的模拟电压。因此。本文采用ADI公司生 产的单通道、12／16位串行输入内置电流源和电压输 出的数模转换芯片AD5412实现这一功能。 1 AD5412简介 AD5412是低成本、精密、完全集成的12／16位数 模转换器，内置可编程电流源和可编程电压输出。输 DVccselectDYcc 出电流范围可采用软件设置为4nLA～20rnA、0mA～ 20mA或超量程的0mA～24mA。AD5412的电压 输出引脚由一个独立引脚提供，此引脚可配置成输出 电压为0V～5V、0V～10V、士5V、±10V的范围， 需要注意的是所有范围均提供10％的超量程。 AD5412芯片的模拟输出包括短路和开路保护，并且 可以驱动容性负载。芯片的电源电压范围为10．8V～ 40V，片内包含SPI串行接口，可以与微控制器进行 通信，在电流和电压模式下，芯片总的输出误差典型值 为士0．01％。AD5412芯片的内部功能框图见图l。 2菊花链工作原理与配置 2．1菊花链工作原理 REFOUTREFIN GNDCcomp 田1 AD5412内部功能框图 ． AD5412与微控制器LM3S9896进行通信时，采 用SPI串行数据通信接口。对于多个AD5412芯片的 收穑l：l期l2011·12·16I修圊日期t2012·04·10 作者简介。樊妮肄(1987-)，女，山西运城人，在读硬士研究生．研究方向t嵌入式控制系统． 躲辫黜 C皇 万方数据 ·56· 机械工程与自动化 2012年第3期 系统，采用SDO引脚将多个器件以菊花链的模式连接 起来[”。菊花链模式接口为：第一个器件的SDIN输 入引脚连接到微控制器LM3S9896的SD0输出引 脚。SDO输出引脚连接到下一个器件的SDIN输入引 脚，以此类推，最后一个器件的SD0输出引脚连接到 微控制器LM3SgB96的SSIRx输入引脚。在 LATCH信号的上升沿，数据转换开始，在SCLK时钟 信号的上升沿，数据开始逐个写入并锁存到输入移位 寄存器。输入移位寄存器为24位寄存器，包括8位地 址位和16位数据位，地址字节控制着不同寄存器的操 作。在数据写入输入移位寄存器的过程中。写一位数 据需要一个单位的SCLK时钟脉冲，每个器件需要24 个时钟脉冲，因此，如果菊花链中包含打个器件，则总 的时钟脉冲为24×n。当输入移位寄存器的地址字节 为02时，可以在SDO引脚读取数据，并由微控制器 LM3S9896接收存储。 AD5412芯片菊花链工作模式连接图如图2所示。 输入移位寄存器地址字节功能表见表1。 2．2菊花链的配置 当输入移位寄存器的地址字节为0x55时，微控制 器LM3S9896对控制寄存器进行读，写操作。通过 配置控制寄存器来确定AD5412芯片的工作模式。 AD5412芯片的控制寄存器结构见表2。 图2 AD5412芯片菊花链连接图 表1 输入移位寄存器地址字节功能表 地址字 功能 00000000 不操作(NOP) 00000001 敷据寄存器 00000010 根据读取地址的回读寄存器 0101010l 控制寄存器 01010110 复位寄存器 寰2 AD5412的控制寄存器结构 D15D14 D13 D12D11D10D9D8D7D6I)5 D4 D3 D2D1 I)0 c；：sOVRR REOUT NG XT EN SR时钟 SR阶跃 SRENDCENR2R1R0 由表2可得，在AD5412器件多片级联中，每一个 器件都必须配置为菊花链模式。即控制寄存器的 DCEN=1。 3 AD5412菊花链的硬件电路设计 本文采用两片AD5412芯片配置为菊花链工作模 式，能够实现精度为12位的D／A信号输出。两片 AD5412芯片与微控制器LM3S9896是通过 LM3SgB96内置SPI模块[2]进行数据通信的。其中一 片AD5412菊花链的硬件电路如图3所示。 图3中微控制器LM3S9896的PA2引脚实现了 SPI接口的同步时钟脉冲输出SSICLK，即AD5412芯 片的SCLK信号；PA3引脚实现了SPI接口的帧同步 信号SSIFss，即AD5412芯片的LATCH信号；PA4 引脚实现了SPI接口的同步接收信号SSIRx，即 AD5412芯片的SDO信号；PA5引脚实现了SPI接口 的同步发送SSITx，即AD5412芯片的SDIN信号。 4软件设计 4．1数据传输 采用定时器中断控制数据的转换间隔，本文设计微 控制器LM3S9896的定时器A为32位采样定时器。 微控制器LM3S9896通过输入引脚SDIN将24 位数据写入AD5412芯片的输入移位寄存器。写数据 过程中，需要SCLK时钟脉冲连续存在并需要持续24 个周期，如果脉冲个数不够，则写入的输入移位寄存器 中的数据无效。在整个数据写操作过程中，LATCH 信号一直保持为高电平，直到微控制器LM3S9896将 数据全部写入到AD5412芯片的输入移位寄存器中。 读操作过程中，需要将数据先写入输入移位寄存 器中，写入寄存器的8位地址字节为0x02，写入的16 位数据字节为0x0000时，器件被设置为读取状态寄存 器；写入的16位数据字节为0x0001时，器件被设置为 读取数据寄存器；写入的16位数据字节为0x0002时， 器件被设置为读取控制寄存器。数据全部写进输入移 位寄存器后，LATCH信号的上升沿使能SDO引脚， 数据在SDO引脚逐个输出。 将菊花链模式中所有器件的控制寄存器中的 DCEN设置为1，因为每一个AD5412芯片都需要24位 数据写入到输入移位寄存器来控制芯片的工作，在本文 万方数据 2012年第3期 樊妮娜．等：基于AD5412菊花键的数模转换设计 ·57· 设计中采用两片AD5412，所以在级联模式下，需要48位数据写入到移位寄存器中来控制数据的凑、写操作。 +AVDD clrAVSS 三 J ·l帕旧 U9 lo孑-]塑叫Lm。r乳AVSS AVDD纽壶。函‰。 j上DVCC —VSENSEZ3 —L／FAULT+VSENSE—越L 一霄 胤。。嚣GND VOLIT2l△照!．盥 CLEARSELECTB00ST丑 ：。。。。。，。。，口枣。。，一，。，，。 ．母。。．。一．：fi二 CL队R IOUT —1L LA．TClt NC卫 5CLK C00肝 17C．-IlADClV0 T01、 1舌刑 ：DACSDIN)“姿DAC801” 一@扒———jLSDINDVCCSELECT J2妒DAC2SDIN．魄．1】Q SDO REFIN卫 ．jl性GND REFOUT坐GND 殳sET』材Q5 。Ill| AD5412AREZ 圈3 AD5412菊花链电路图 4。2程序设计 在AD5412芯片的数据转换过程中，每个数据转 换的间隔周期为20ms，设计微控制器LM3S9896定 时器A每20ms产生一次中断，启动A／D转换。根 据生产需求，设置AD5412芯片的相应寄存器来控制 AD5412芯片的工作模式和输出范围，输出的电压和 电流信号控制生产设备的正常工作。数据转换完成之 后，将完成标记flag设置为1。退出中断，等待定时器 下一次中断产生，启动下一次A／D转换。 AD5412芯片的软件流程图如图4所示。 5结论 本文详细说明了12／16位数模转换芯片AD5412 的菊花链工作原理和配置方式，设计了AD5412芯片 和微控制器LM3S9896的数据接口电路，实现了分辨 率为12位的高精度数据转换。SPI串行传输接口占 用I／0接口少、硬件连接简单。AD5412芯片的菊花 链工作模式极大地提高了通信过程中数据传输的效 率。本文的设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 可被广泛应用于产品设备的高精 度控制中。 厂—菊n———丁一隔丽菌网———丁—一阿菊藉丽匝阃◇ iY[夏函 ，．．．．．．．．．．．．．jI．．．．一堕塞 圈4 AD5412的软件流程围 参考文献： [1]温小旭．林志明，辛柴荣．AD7656--1菊花链的多通道数 据采集接口设计CJ]．单片机与嵌入式系统应用，2009 (6)r25-28． [2]周立功．ARM嵌入式系统软件开发实例[M]．北京：北 京航空航天大学出版社。2004． Digital—analogConversionDesignBasedonAD5412DaisyChain FANNFna·XIAL口．yl (TaiyuanUniversityofTechnology，Taiyuan030024，China) Abstract：ThearticlefirstlyexplainstheapplicationfeaturesoftheAD5412digital-analogconverter，elaboratesontheworking princepleofAD5412digital-analogconverterchipindaisychainmode，andintroducestheconfigurationofthisoperationmode simply．Secondly，thearticledetailstheinterfacecircuitoftheAD5412chipandLM3S9896microcontroller．Finally·thearticle describesthesoftwareimplementafionoftheAD5412daisy-chaindigital—analogconversionsimply． Keywo“blAD5412}daisychain；LM3SgB96，SPI；digital-analogconversion 万方数据 基于AD5412菊花链的数模转换设计 作者： 樊妮娜， 夏路易， FAN Ni-na， XIA Lu-yi 作者单位： 太原理工大学,山西太原,030024 刊名： 机械工程与自动化 英文刊名： Mechanical Engineering & Automation 年，卷(期)： 2012(3) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_sxjx201203021.aspx