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高速D/A转换芯片MX7541原理及应用
摘要：美国美信公司生产的MX7541系列器件是一种12位并行高速D/A转换器，此芯片可方便地应用于精密仪器的输出控制系统中。文中介绍了该芯片的基本参数和主要特性，给出了MAX7541与单片机和CPLD连接的具体应用电路。
关键词：D/A MAX7541 数模转换器 CPLD 单片机
１ 概述
ＭＸ７５４１是美国ＭＡＸＩＭ公司生产的高速高精度１２位数字／模拟转换器芯片，由于ＭＸ７５４１转换器件的功耗特别低，而且其线性失真可低达０．０１２％，因此，该Ｄ／Ａ转换器芯片特别适合于精密模拟数据的获得和控制。此外，由于ＭＸ７５４１器件内部带有激光制作的精密晶片电阻和温度补偿电路以及ＮＭＯＳ开关，因而可充分保证ＭＸ７５４１具有１２位的精度。还有一个重要特点是：ＭＸ７５４１的所有输入均与ＣＭＯＳ和ＴＴＬ电平兼容。
ＭＸ７５４１在电气和管脚上都与ＡＤ公司的ＡＤ７５４１芯片兼容，它们都采用标准的１８脚封装。其主要电气特点如下：
●转换时间：０．６μｓ；
●具有１２位线性输出（１／２ＬＳＢ）；
●准确度：１ＬＳＢ；
●功耗低，５Ｖ情况下通常为４５０ｍＷ；
●可进行四象限乘法转换；
●与ＴＴＬ、ＣＭＯＳ电平兼容。
２ 引脚功能和内部结构
图１所示是ＭＸ７５４１的引脚排列图，各引脚功能如下
ＶＲＥＦＤＡＣ转换器的电压参考输入端，其电压值在±２５Ｖ之间；
ＲＦＢ反馈电阻接入端，在双极模式时与外置运算放大器输出相连；
ＯＵＴ１ＯＵＴ２电流输出，Ｉ１＋Ｉ２为常数；
ＢＩＴ１～ＢＩＴ１２数字量输出，ＢＩＴ１为最高位
ＶＤＤ电源输入范围为＋１７Ｖ～＋５Ｖ
ＧＮＤ数字地。
图２所示是ＭＸ７５４１ 高速Ｄ／Ａ转换芯片的内部结构功能图。
３ ＭＸ７５４１的输入与输出
ＭＸ７５４１有两种输出方式,即单极性输出和双极性输出,两种方式的电路连接图分别如图３和图４所示。两种输出方式的输入输出对应关系分别列于表１和表２。
表 单极性输入输出关系
| 数字输入量 |
模拟量输出 | ||
| 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 双极性方式中输入输出关系
| 数字输入量 | 模拟量输出 | ||
| 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 ＭＸ７５４１与单片机的连接
由于ＭＸ７５４１是１２位数字输入,因此它必须与１６位以上的单片机相连。当其与ＭＣＳ－９６单片机进行连接时，其电路非常简单，只需把单片机的数据线直接与ＭＸ７５４１的输入线相连即可。程序也很简单,只要不停地向其送数据即可。
５ 与ＣＰＬＤ的连接
由于目前８位单片机应用比较多,再加上ＭＸ７５４１是高速Ｄ／Ａ转换器,因此，用单片机来控制ＭＸ７５４１显得不是很方便。为此，本文介绍一种运用可编程逻辑器件,这里以ＡＬＴＥＲＡ公司的ＭＡＸ７０００系列中的ＭＡＸ７１２８Ｓ为例，来控制ＭＸ７５４１的方法，该方法进而可推广到其它高速Ｄ／Ａ转换芯片。
图5 仿真输出波形
这种控制方法的基本思想是利用ＣＰＬＤ连接８位单片机与１２位Ｄ／Ａ转换器，其中单片机与ＣＰＬＤ之间采用两根控制线来进行通讯，同时用它们来决定数据线中数据的种类，表３给出了控制线中的数据意义。但应注意：该方案的输入时钟周期应小于单片机的指令周期。下面给出的是利用ＶＥＲＩＬＯＧ语言所编写的程序：
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
其仿真输出波形如图５所示。
表3 控制线中的数据意义
| 控制线A | 控制线B | 控制意义 |
| 0 | 0 | 不工作 |
| 0 | 1 | 低8位数据 |
| 1 | 0 | 高8位数据 |
| 1 | 1 | 输出到DA转换器 |
６ 结束语
笔者将ＭＸ７５４１芯片用于高频波形发生器结果证明：该芯片性能稳定Ｄ／Ａ转换线性良好使用简单。另外，这种方法也同样适用于其它同类产品（如ＭＸ７５４２,ＭＸ７５４３,ＭＸ７５４５等芯片）。
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