TLV5614数模转换器的原理及其与单片机的接口应用

TLV5614数模转换器的原理及其与单片机的接口应用
hc360慧聪网电子行业频道 2003-10-17 17:01:33
摘要：本文介绍了TI公司生产的4通道12位D/A转换器TLV5614的功能特点和工作原理，结合开发实例，给出了TLV5614 与MCS-51系列单片机的应用接口电路和软件程序，最后对结果进行了分析并指出了其应用前景。

关键词：TLV5614；D/A转换器；SPI接口
概述
TLV5614是TI公司生产的四路12位电压输出型数模转换器（DAC），具有灵活的四线串行接口，可以与TMS320、SPI、QSPI和Microwire串行口实现无缝联接。

TLV5614的编程控制由16位串行字组成，即2位DAC地址、2个独立的DAC控制位和12位的DAC输入值。

器件采用双电源供电：一组为串行接口使用的数字电源，即DVDD和DGND；另一组为输出缓冲器使用的模拟电源，即AVDD 和AGND。

两组电源相互独立且可为2.7V至5.5V之间的任何值。

双电源应用的好处是DAC使用5V电源工作，而DAC的数字部分使用2.7V~5.5V电源，所以可以和多种接口连接工作。

DAC内部电阻串的输出电压由一个2倍增益的满幅度输出缓冲器缓冲，这种缓冲器的特点是以AB类输出来增加稳定性和减少建立时间。

满幅度输出和掉电模式使其能够理想地应用于单电源、电池供电的场合。

DAC的建立时间是可编程的，这样允许设计者优化其速度与功耗。

建立时间由16位串行输入控制字的SPD 控制位来选择。

REFINAB和REFINCD端集成了一个高阻抗的缓冲器，减少了对驱动该端基准源的低输出阻抗的要求。

REFINAB和REFINCD允许DAC A、B与DAC C、D有不同的基准电压。

TLV5614的功能方框图和引脚图见图1及图2，表1为其引脚说明。

图1 内部功能方框图(略)
图2 引脚排列(略)
表1 引脚说明(略)
工作原理
TLV5614是一种基于电阻串结构的12位DAC，器件由串行接口、速度和掉电控制逻辑、基准输入缓冲器、电阻串以及满幅度输出缓冲器组成。

其输出电压由下式给出：
满度值取决于外部基准。

其中REF是基准电压，CODE是在0x000至0xFFF 范围内的输入数字值。

上电复位时，最初把内部锁存器复位到预定状态（所有位均为0）。

TLV5614的16位数据字由两部分组成：控制位（D15…D12）和新DAC值（D11…D0）。

如表2所示：
表2(略) 表3(略)
其中，SPD：速度控制位 1 ->快速方式； 0 ->慢速方式。

PWR：功率控制位 1 ->掉电方式；
0 ->正常工作。

在掉电方式下，TLV5614中所有放大器都被禁止。

TLV5614的DAC（A、B、C、D）通道选择由输入字A1和A0控制。

A1,A0与所选择的DAC通道的关系如表3所示：在传送数据时，首先，通过把片选端设置为低电平使器件工作。

然后，FS的下降沿开始，在SCLK的下降沿使数据一位接一位的移入内部寄存器（从高位开始）。

在传送了16位数据后或者FS的上升沿到达后，移位寄存器的内容送至DAC锁存器，它把电压输出刷新到新的电平值。

其工作时序如图3。

应用
TLV5614具有灵活的串行接口方式，所以它与C51系列单片机的接口很方便，如图4所示。

在实际的应用中，我们取参考电压REF为2.5V，DAC的供电为5V，由于TLV5614是满幅度输出，所以由式1可得，它的DAC输出电压范围将在0~5V之间。

很显然，它的输出电压分辨率为1.22mV。

在实际应用中，我们需要输出的精确电压值可能在0~12V之间，或是更高，这时，只需对DAC输出电压进行直流放大，放大倍数就是我们所需最高电压与5V的比值。

相比TLV5614的1.22mV 分辨率，对12V电压，最终输出电压的分辨率为2.93mV，它也能够满足大多数应用场合对电压变化精度的要求。

TLV5614的程序控制也很方便，只要按照它的工作时序进行操作，就能实现它的功能。

由于我们使玫氖茿T89C55单片机，因此，其控制字只能分成两个字节来写入。

其中高位字节的高四位是通道选择和控制位；高位字节的低四位和低位字节一起组成12位的DA转换代码。

这样分两次依次移入TLV5614的命令寄存器，然后，FS的上升沿到达，相应的DAC通道输出新的电压值。

以下是部分程序清单：
//头文件定义
sbit LDAC5614=p1^0;
sbit DIN5614=p1^1;
sbit SCLK5614=p1^2;
sbit FS5614=p1^3;
//DA转换程序，com1和com2为控制字的高位字节和低位字节
void dac(unsigned char com1,unsigned char com2)
{ unsigned char data, i, j;
//DA输出保持即时刷新状态
LDAC5614=0;
//FS的下降沿开始逐位移入数据
FS5614=1;
FS5614=0;
data=com1;
for(i=8;i>0;i--)
{
DIN5614=(bit)(data&0x80);
data<<=1;
SCLK5614=1;SCLK5614=1;SCLK5614=1;SCLK5614=1;SCLK5614=1;
SCLK5614=0;
}
data=com2;
for(i=8;i>0;i--)
{
DIN5614=(bit)(data&0x80);
data<<=1;
SCLK5614=1;SCLK5614=1;SCLK5614=1;SCLK5614=1;SCLK5614=1;
SCLK5614=0;
}
//控制字输入完毕，时钟停止，FS的上升沿到达后刷新输出电压
DIN5614=1;
SCLK5614=1;
FS5614=1;
}
这是TLV5614的控制程序。

实际应用中，按照一定的控制逻辑，比如递增、查询正弦表等等，循环调用这个控制程序，就可以得到想要的梯形波、数字正弦波，这样就可以根据TLV5614产生的控制波形来实现一些控制过程，比如扫频或波形输出。

图3 时序图(略)
图4 TLV5614与C51系列单片机接口(略)
此程序经过实际的编译运行测试，DA输出结果精确。

在实际应用时应当注意，TLV5614最好采用双电源供电，DAC部分采用模拟+5V供电，逻辑控制部分采用数字+5V供电，而且数字地和模拟地要分开。

这样数字部分和模拟部分的相互干扰才会得到很大的改善。

这些措施已经在产品的开发中得到很好的应用。