模拟技术
模拟信号输出是经常会遇到的应用需求,解决的办法应多种,但我们使用最多的还是数模转换。对于不同的数模转换器我们需要为其编写适用的驱动程序,在这一篇中我们就来考虑如何实现DAC8552高精度模数转换器的驱动程序。
该DAC8552是一个16位,双通道,电压输出数模转换器(DAC)提供低功率操作和灵活的串行主机接口。每个芯片上的精确输出放大器允许轨到轨输出摆动,以实现在2.7V到5.5V的供应范围。该设备支持标准三线串行接口,能够操作与输入数据时钟频率高达30MHz的VDD = 5V。
DAC8552这种设备在正常情况下的低功耗使得它非常适合便携式、电池驱动设备和其他低功耗应用。采用SOIC-8的封装形式,引脚定义如下:
DAC8552需要一个外部参考电压来设置每个DAC通道的输出范围。DAC8552还包括一个电源上电复位电路,以确保DAC输出功率能够输出到零,并保持在那里,直到获取一个有效的写入值。DAC8552拥有一个SPI串行接口,该接口提供了灵活的功能。
从上述结构图可知,DAC8552每次仅能操作一路输出,因为全部的操作都是通过同一个移位寄存器来实现的。
DAC8552有一个24位的输入移位寄存器,前面8位用来作控制位,后面16位用作数据位。具体如下图所示:
在前面的8位控制位中,DB23和DB22是保留位必须为“0”,DB21(LDB)位和DB20(LDA)用于控制后面的16位数据适用于加载哪一个输出通道还是Power_Down命令。DB19没有定义,DAC8552不关心该位的具体数值。DB18为缓冲器选择位,用于控制数据的目标通道是DAC A还是DAC B。后续的DB17(PD1)和DB16(PD0)用于选择Power_Down的模式。具体的命令如下表中描述:
至于Power_Down的模式有几种选择,如下表所示:
我们已经了解了DAC8552的基本结构及寄存器命令,接下来我们将根据这些认知设计DAC8552的驱动程序。
在设计DAC8552的驱动程序之前,我们先来考虑一下DAC8552的对象定义问题。我们作为一个对象一般会包括属性和操作两个方面的内容。我们先来分析DAC8552对象应该包含有哪些属性。属性用于标识对象的某些特性,DAC8552通过SPI总线下发数据和命令,我们没有发现什么需要特别标记的特性,所以我们不需要为DAC8552对象设计属性。
我们再来看一看,DAC8552对象需要实现哪些操作。首先DAC8552使用SPI总线进行通讯,而SPI总线采用片选信号来区分不同的节点,所以我们需要操作DAC8552的片选信号,而片选型号的操作显然依赖于特定的操作平台,所以我们将控制其片选信号作为DAC8552对象的一个操作。另外,DAC8552作为模拟量输出对象,我们需要向其发送命令和数据,而向其发送数据和命令也依赖于具体的操作平台,所以应将其作为对象的一个操作来实现。据此我们可以定义DAC8552的对象类型如下:
/* 定义DAC8552对象类型 */
typedef struct DAC8552Object {
void (*WriteDataToDAC)(uint8_t *tData,uint16_t tSize); //向DAC发送数据
void (*ChipSelcet)(DAC8552CSType cs); //片选信号
}DAC8552xObjectType;
我们定义了DAC8552的对象类型,但当我们使用其声明一个对象时,并不能直接使用,我们需要对对象进行初始化,这就需要我们设计一个对象初始化的函数。对象初始化函数处理对象相关的属性和操作的配置,具体实现如下:
/*初始化DAC8552对象*/
void DAC8552Initialization(DAC8552xObjectType *dac, //DAC8552对象变量
DAC8552WriteType write, //写数据函数指针
DAC8552ChipSelectType cs //片选操作函数指针
)
{
if((dac==NULL)||(write==NULL))
{
return;
}
if(cs!=NULL)
{
dac->ChipSelcet=cs;
}
else
{
dac->ChipSelcet=DefaultChipSelect;
}
}
我们已经定义了DAC8552的对象类型并为DAC8552对象设计了初始化函数,接下来我们看一看DAC8552所要实现的操作。对于DAC8552对象来说,我们对其操作无非就是写其移位寄存器以实现命令和数据的下发。从其数据表中我们可以看到操作移位寄存器的时序如下所示:
根据我们前面对DAC8552相关数据的了解以及上述时序图,我们可以封装对其移位寄存器的操作函数如下:
/*操作DAC8552输出通道*/
void SetDAC8552ChannelValue(DAC8552xObjectType *dac,DAC8552LDType ld,DAC8552BSType bs,DAC8552PDType pd,uint16_t data)
{
uint32_t inputShiftData=0;
uint8_t sData[3];
inputShiftData=data;
inputShiftData=inputShiftData|(ld<<20);
inputShiftData=inputShiftData|(bs<<18);
inputShiftData=inputShiftData|(pd<<16);
sData[0]=(uint8_t)(inputShiftData>>16);
sData[1]=(uint8_t)(inputShiftData>>8);
sData[2]=(uint8_t)inputShiftData;
dac->ChipSelcet(DAC8552CS_Enable);
dac->WriteDataToDAC(sData,3);
dac->ChipSelcet(DAC8552CS_Disable);
}
我们设计了DAC8552的对象驱动,但这个驱动是否正确我们需要验证一下。所以接下来我们设计一个简单的例子来实现对驱动程序的验证。
我们使用设计的驱动程序操作DAC8552时,首先需要使用我们定义的对象类型声明一个DAC8552对象。
DAC8552xObjectType dac8552;
声明了这个对象变量之后,我们还需要使用初始化函数对其进行初始化方可使用。这一初始化函数拥有3个参数:
DAC8552xObjectType *dac, //DAC8552对象变量
DAC8552WriteType write, //写数据函数指针
DAC8552ChipSelectType cs //片选操作函数指针
第一个参数正是我们要初始化的对象变量;第二个参数为向DAC8552写命令和数据的函数指针;第三个参数是片选信号操作函数指针。这两个函数指针需要我们实现。它们的原型如下:
/* 向DAC发送数据函数指针类型 */
typedef void (*DAC8552WriteType)(uint8_t *tData,uint16_t tSize);
/* 片选操作函数指针类型 */
typedef void (*DAC8552ChipSelectType)(DAC8552CSType cs);
我们根据函数原型定义,在具体的实现平台上实现它们,如我们在STM32平台上实现如下:
/*定义片选信号函数*/
void DAC8552CS(DAC8552CSType en)
{
if(DAC8552CS_Enable==en)
{
HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET);
}
else
{
HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET);
}
}
/*定义发送数据函数*/
void DAC8552TransmitData(uint8_t *wData,uint16_t wSize)
{
HAL_SPI_Transmit (&dac8552hspi, wData, wSize, 1000);
}
我们将对象变量以及上面实现的2个函数的函数指针作为参数传递给DAC8552对象初始化函数来实现对象变量的初始化。具体如下:
DAC8552Initialization(&dac8552, //DAC8552对象变量
DAC8552TransmitData, //写数据函数指针
DAC8552CS //片选操作函数指针
);
初始化对象变量后,我们就可以基于该对象变量实现我们对DAC8552的操作了。我们已经封装了对其移位寄存器操作的函数,直接调用该函数来说实现我们的操作。一个简单的实现函数如下:
/* 修改DAC8552的通道输出 */
void DAC8552Operation(void)
{
uint16_t wData=0;
wData=(uint16_t)(65535*tValueA/100);
SetDAC8552ChannelValue(&dac8552, //所操作的DAC对象
DAC8552_LoadA, //加载的通道
DAC8552BS_BufferA, //选择的缓存
DAC8552PD_Normal, //Power-Down设置
wData //所写的数据
);
wData=(uint16_t)(65535*tValueB/100);
SetDAC8552ChannelValue(&dac8552, //所操作的DAC对象
DAC8552_LoadB, //加载的通道
DAC8552BS_BufferB, //选择的缓存
DAC8552PD_Normal, //Power-Down设置
wData //所写的数据
);
}
在这个例子中我们分别通过百分比设定值调整了A、B通道的输出,实现在正常模式下操作A或者B通道,并更新指定的缓存。
我们设计并实现了DAC8552模数转换器的驱动程序,并且设计了一个简单的应用来验证这一驱动程序的正确性。所得到的结果证明驱动的设计是没有问题的,实际上我们已经将其运用到实际的项目中,效果良好。
在使用驱动程序时需要注意,片选信号并非必须实现。因为有些时候我们可能需要在硬件上直接将其选中,此时添加片选操作函数是没有什么意义的,我们可以在初始化时传入NULL来完成。
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