MAX5121及其在DSP系統中的應用

1 MAX512l型D／A轉換器

??? MAX5121是美國MAXIM公司生產的12位低功耗電壓輸出型串行數模轉換器(DAC)。該器件具有靈活的三線串行接口,可以與SPI、QSPI和MICROWIRE串行口實現無縫聯接。在使用內部基準參考電壓源時,其最大輸出電壓為2.0475V。

??? MAX5121內部帶有一個+1.25V基準參考電壓源,如用戶需要,也可外接片外參考電壓。此外,它內部還包括一個16位的串行移位寄存器、一個輸入寄存器、一個DAC寄存器和一個輸出放大器。其輸出電壓的計算公式為：

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??? 式中,VREF是基準電壓,Code是在0x000～0xFFF范圍內的輸入數字量,VOS為片外輸入模擬電壓。

??? MAX5121數模轉換器具有兩種工作模式,即正常工作模式(電流500μA)和關斷工作模式(電流3μA)。當處于關斷工作模式時,OUT輸出變為高阻態,但輸入寄存器內容將被保存,以便MAX5121被喚醒后能“回憶”起進入關斷模式前的輸出狀態。

??? MAX512l采用+3V單電源供電,封裝為16pin QSOP封裝形式。

??? 1.1 MAX5121的內部結構及引腳功能

??? MAX5121的內部結構框圖如圖1所示。表1所列是該芯片的引腳功能說明。

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??? 1.2 MAX512l的串行接口命令

??? MAX512l的編程控制由16位串行字組成,即3位控制位、12位數據位和1位子位。圖2所示是其16位串行字格式,表2所列是其串行接口命令及功能描述。

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??? 1.3 MAX5121的工作時序

??? MAX512I在工作時,首先將CS置為低電平以使能MAX5121,然后從SCLK的上升沿開始將DIN上的串行數據一位接一位移入MAX5121內部的16bit串行移位寄存器。當CS為高電平后,串行移位寄存器中的數據將被裝入MAX5121內部的輸入寄存器或送入DAC寄存器,具體取決于16位串行字中C2、C1、C0這三位的取值。MAX5121的最高串行工作時鐘頻率為6.6MHz。圖3是MAX5121的串行口工作時序。

??? 2 TMS320LF2407的SPI接口

??? TMS320LF2407是美國TI公司推出的、專為數字電機控制和其它控制應用系統而設計的一款高性能、低功耗、高性價比的16位定點DSP (數字信號處理)芯片。它將數字信號處理的高速運算功能與面向電機的強大控制能力結合在一起,從而成為傳統的多微處理器單元和多片設計系統的理想替代品。TMS320LF2407內部有4個引腳的串行外設接口(SPI)模塊。該SPI是一個高速、同步串行I／O口,它允許長度可編程的串行位流(1～16)以可編程的位傳輸速度移出或移入器件。通常SPI用于DSP處理器和外部外設,以及其它處理器之間的通信。其典型應用包括通過諸如移位寄存器、顯示驅動器、DAC,以及日歷時鐘等器件所進行的外部I／O或器件的擴展。SPI的主／從操作模式均支持多處理器通信。SPI模塊的特性包括以下幾點：

??? (1) 有主動或從動兩種方式。TMS320LF2407的SPI功能模塊是一種真正的同步串行接口,可以工作于主動和從動方式。當SPI工作在主動方式時,SPICLK為時鐘信號輸出端,可與從器件的時鐘信號輸入引腳相連接,兩者共用TMS320LF2407的時鐘信號。SPl數據傳輸則由如下四個外部引腳完成,即SPISOMI(從動輸出主動輸入)、SPISIMO(從動輸入主動輸出)、SPISTE(從動發送使能)、SPICLK(串行時鐘輸入輸出);

??? (2) 具有四種時鐘方案。分別為無延時上升沿(SPICLK信號上升沿發送數據,下降沿接收數據)、有延時上升沿(SPICLK信號上升沿半個周期發送數據,上升沿接收數據)、無延時下降沿(SPICLK信號下降沿發送數據,上升沿接收數據)、有延時下降沿(SPICLK信號下降沿半個周期發送數據,下降沿接收數據)。一般情況下,當DSP作為主器件時,時鐘模式的選擇還要參考從器件的工作方式;

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??? (3) 有125種可編程波特率。TMS320LF2407中SPI模塊靈活的波特率設置可以方便地與外設進行通信,最大可達10MHz。波特率的設定應參考外設的最大傳輸頻率。設計時通過向波特率寄存器寫入設定值,可以得到不同的波特率;

??? (4) TMS320LF2407數據字長度可以是1到16位。收發數據的位數可由SPI的配置控制寄存器決定;

??? (5) 發送和接收可用中斷或查詢方式完成。

??? 3 MAX512l與TMS320LF2407的硬件接口

??? 在設計TMS320LF2407與MAX5121的硬件接口電路時,可將TMS320LF2407作為SPI主機,MAX512l作為從機。MAX5121只接受來自主機的數據,然后進行D／A轉換并從OUT引腳輸出模擬電壓。由于MAX5121是在SCLK的上升沿接收SPI線上的數據,因此,DSP應采用無延時的下降沿來發送SPI數據,這樣才能配合MAX5121的工作時序。圖4給出了TMS320LF2407與MAX512l的硬件接口電路。

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??? 4 軟件設計

??? 4.1 SPI總線波特率的設置

??? 由于不同SPI器件的最高工作頻率有所不同,為了使SPI總線高效工作,應了解各個SPI器件最高能接受的頻率,然后取低頻率的SPI器件的最高頻率作為通訊波特率。由于MAX5121的最高允許時鐘頻率為6.6 MHz,因此,在TMS320LF2407與MAX512l的應用系統設計中,SPI總線的最高時鐘頻率不能超過6.6 MHz。

??? 4.2 軟件設計

??? 限于篇幅,圖5僅給出用TMS320LF2407向MAX5121發送一個16bit DAC數據的軟件實現流程圖(用軟件查詢方式發送),以表明出MAX5121在DSP應用系統中的一般編程方法。

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??? 5 結束語

??? 利用DSP的SPI接口擴展各種串行接口的元器件應具有接口簡單、編程方便的優點。如今的串行接口器件種類繁多(有SPI語音芯片、LED驅動芯片、A／D轉換芯片、D／A轉換芯片、EEPROM芯片等),這些器件給系統設計帶來了更多的選擇。因此,在實時性要求不高的場合,串行接口器件的使用可以簡化電路設計,提高系統設計的可靠性。