32通道16位D/A转换器MAX5631的原理及应用
摘要：介绍了美国MAXIM公司的32通道16位D/A转换器MAX5631的基本功能，详细讨论了它的三种工作模式及工作时序，给出了MAX5631与AT89C51单片机的一种串行接口连接方法，同时给出了它们相应的软件程序。
关键词：MAX5631D/A转换AT89C51串行接口
MAX5631是美国MAXIM公司生产的一种32通道高速度采样保持D/A转换器。它内含一个16位DAC、一个带内部时钟的时序控制器、一个片内RAM以及32路采样保持放大器。其中DAC电路由两部分组成。在16位DAC中，高4位可通过15个同值电阻组成的权电阻网络来完成相应的转换，其余位的转换则由一个12位R-2R梯形网络来完成。其32路带缓冲的采样保持电路通过内部保持电容来使输出压降维持在每秒1mV的范围内，且不需要配置外部增益和偏置电路。
MAX5631能提供最大200μV的分辨率和0.015%FSR的高精度转换，其输出电压范围为-4.5V~9.2V，并具有工作温度范围以及串行接口灵活等特点，适用地处理大量模拟数据输出的场合。
1引脚说明
图1所示是MAX5631的引脚列图。该器件共有64个引脚，大致可分成以下几类：
（1）电源类：其中第4脚为D/A数模转换器的+5V供电电源。第9脚为+5V逻辑电源，第14脚为+5V采样保持电路。16、32、46脚为负电源，17、39、48脚为正电源。13脚为数字地，15、25、40、55、62脚为模拟地，63脚为电压参考输入。
（2）控制类：其中第5脚RST为复位输入，6脚CS为片选输入，10脚IMMED为立即更新模式，18、33、49脚（CL）为输出钳位电压低位。31、47、64脚（CH）为输出钳位电压高位。
（3）时钟类：11脚ECLK为外部时序时钟输入，12脚CLKSEL为时钟选择输入。
（4）串行接口类：7脚DIN为串行数据输入，8脚SCLK为串行时钟输入。
（5）输出类：该类引脚主要有OUT0~OUT31共32个输出端。
2MAX5631的功能结构和工作模式
MAX5631的内部结构框图如图2所示。下面介绍MAX5631的输入字、转换时序及工作模式。
2．1输入字及转换时序
MAX5631的转换过程是先从串行数据端DIN送进要转换的16位数据D15~D0（高位在前，低位在后），然后送进5脚地址A4~A0（用这5位地址编码来选择输出通道号）。地址的后两位是控制字C1和C0，其中C1为1为立即更新模式，为0则为猝发模式；C0为1表示选择外部时钟序列，为0则选择内部时钟序列。C1、C0之后应补一位0。见表1。
表1输入字序列
数据地址控制D15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0A4A3A2A1A0C1C00MSBLSM
图3是MAX5631的时序图，当片选CS变低后，系统将在每一个时钟的上升沿送出一位数据。送完最后一位数据（即第24位数据后）后片选CS变高。而当CS为高电平时，任何输入数据都是无效的。
2．2工作模式
MAX5631有三种工作模式，分别为顺序模式、立即更新模式和猝发模式。其中顺序模式为默认工作模式。在顺序工作模式下，内部时序控制器按顺序循环访问SRAM，并将对应的数字量装入DAC，同时更新相应的采样保持器。所以，在采用内部顺序控制时钟时，顺序工作模式下更新32路输出的时间为320μs。而当采用外部顺序控制时钟时，整个更新过程需要128个时钟周期。
立即更新模式用于更新单片SRAM的内容，同时更新相应的采样保持放大器输出。在这种模式下，所选择的通道输出会在顺序操作恢复前更新。用户可以通过设置IMMED或使C1为高电平来选择立即更新模式。当片选CS为低电平时，原访问顺序被打断。输入字被存储在对应于被选择通道的SRAM中。此时DAC转换和相应的采样保持对输入串口完全透明。相应的输出通道将得到立即更新。更新后，时序将回到原来中断的SRAM地址重新开始顺序更新。立即更新操作需要占用两个时序周期，其中一个周期用来使时序控制器继续完成正在进行的操作，另一个用来进行新数据的更新。图4（a）所表示的就是立即更新模式的例子。当7通道正在更新的时候，20通道正在装载数据。此时，如果CS变为低电平，则原顺序操作被中断，而当CS变为高电平后，通道20将立即更新，然后是通道7的更新以 《32通道16位D/A转换器MAX5631的原理及应用》
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关键词：MAX5631D/A转换AT89C51串行接口
MAX5631是美国MAXIM公司生产的一种32通道高速度采样保持D/A转换器。它内含一个16位DAC、一个带内部时钟的时序控制器、一个片内RAM以及32路采样保持放大器。其中DAC电路由两部分组成。在16位DAC中，高4位可通过15个同值电阻组成的权电阻网络来完成相应的转换，其余位的转换则由一个12位R-2R梯形网络来完成。其32路带缓冲的采样保持电路通过内部保持电容来使输出压降维持在每秒1mV的范围内，且不需要配置外部增益和偏置电路。
MAX5631能提供最大200μV的分辨率和0.015%FSR的高精度转换，其输出电压范围为-4.5V~9.2V，并具有工作温度范围以及串行接口灵活等特点，适用地处理大量模拟数据输出的场合。
1引脚说明
图1所示是MAX5631的引脚列图。该器件共有64个引脚，大致可分成以下几类：
（1）电源类：其中第4脚为D/A数模转换器的+5V供电电源。第9脚为+5V逻辑电源，第14脚为+5V采样保持电路。16、32、46脚为负电源，17、39、48脚为正电源。13脚为数字地，15、25、40、55、62脚为模拟地，63脚为电压参考输入。
（2）控制类：其中第5脚RST为复位输入，6脚CS为片选输入，10脚IMMED为立即更新模式，18、33、49脚（CL）为输出钳位电压低位。31、47、64脚（CH）为输出钳位电压高位。
（3）时钟类：11脚ECLK为外部时序时钟输入，12脚CLKSEL为时钟选择输入。
（4）串行接口类：7脚DIN为串行数据输入，8脚SCLK为串行时钟输入。
（5）输出类：该类引脚主要有OUT0~OUT31共32个输出端。
2MAX5631的功能结构和工作模式
MAX5631的内部结构框图如图2所示。下面介绍MAX5631的输入字、转换时序及工作模式。
2．1输入字及转换时序
MAX5631的转换过程是先从串行数据端DIN送进要转换的16位数据D15~D0（高位在前，低位在后），然后送进5脚地址A4~A0（用这5位地址编码来选择输出通道号）。地址的后两位是控制字C1和C0，其中C1为1为立即更新模式，为0则为猝发模式；C0为1表示选择外部时钟序列，为0则选择内部时钟序列。C1、C0之后应补一位0。见表1。
表1输入字序列
数据地址控制D15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0A4A3A2A1A0C1C00MSBLSM
图3是MAX5631的时序图，当片选CS变低后，系统将在每一个时钟的上升沿送出一位数据。送完最后一位数据（即第24位数据后）后片选CS变高。而当CS为高电平时，任何输入数据都是无效的。
2．2工作模式
MAX5631有三种工作模式，分别为顺序模式、立即更新模式和猝发模式。其中顺序模式为默认工作模式。在顺序工作模式下，内部时序控制器按顺序循环访问SRAM，并将对应的数字量装入DAC，同时更新相应的采样保持器。所以，在采用内部顺序控制时钟时，顺序工作模式下更新32路输出的时间为320μs。而当采用外部顺序控制时钟时，整个更新过程需要128个时钟周期。
立即更新模式用于更新单片SRAM的内容，同时更新相应的采样保持放大器输出。在这种模式下，所选择的通道输出会在顺序操作恢复前更新。用户可以通过设置IMMED或使C1为高电平来选择立即更新模式。当片选CS为低电平时，原访问顺序被打断。输入字被存储在对应于被选择通道的SRAM中。此时DAC转换和相应的采样保持对输入串口完全透明。相应的输出通道将得到立即更新。更新后，时序将回到原来中断的SRAM地址重新开始顺序更新。立即更新操作需要占用两个时序周期，其中一个周期用来使时序控制器继续完成正在进行的操作，另一个用来进行新数据的更新。图4（a）所表示的就是立即更新模式的例子。当7通道正在更新的时候，20通道正在装载数据。此时，如果CS变为低电平，则原顺序操作被中断，而当CS变为高电平后，通道20将立即更新，然后是通道7的更新以 《32通道16位D/A转换器MAX5631的原理及应用》
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