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自动化与仪器仪表 ＺＩＤＯＮＧＨＵＡ ＹＵ ＹＩＱＩ ＹＩＢＩＡＯ ２００２年第１期（总第９９期） 文章编号：１００１—９２２７｛２００２）０１—００５２—０４ 一种高性价比Ａ／Ｄ 转换器——ＭＣＰ３２０４的原理及应用 林雪峰 （重庆工业自动化仪表研究所，４（Ｘ）＂／０８） 摘要：介绍一种廉价、四通道、输入可编程的微功耗串行】２位Ａ／Ｄ转换器——－ＭｃＰ３２舛的 ＳＰＩ接口总线采样保持效据传送 功能、特点、工作原理、操作过程以及与单片机接口的应用电路实例和软件清单。 关键词：串行Ａ／Ｄ转换器ＡＢＳＴＰＡＣＴ：ＭＣ１７３２０４ ｉｓ ａ ｃｈｅａｐ，ｆｏｕｒ—ｃｈａｎｎｅ，ｐｒｏｇｒａｍｍａｂＩｅ，ｓｅｒｉａｌ １２一ｂｉｔ Ａ／Ｄ ｅｏｎｖｅｔｅｒ．１ ８ ｐａ－ ｐｅｒ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｉｔｓ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｆｅａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｆｕｒｒｃｔｉｏｕｓ．Ａｓ ａＩ１ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｅｘａｍｐｌｅ，ｉｎｔｅｒｆａｃｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓ打蝴ｅ—ｃｈｉｐ ｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｉｓ ａｌｓｏ ｇｉｖａｎ．Ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｕｓｅｄｉｓｆｉｎａｌｌｙｌｉｓｔｅｄ． ＫＥＹ＼＾ｆＯＲＤＳ：Ｓｅｒｉａｌ Ａ／Ｄ ｅｏｍ，ｅｔｅｒ ＳＰＩ ｉｎｔｅｆｆａｃｅ ｂｕｓ Ｓａ￣ｎｐｌｅ／ｈｏｌｄ Ｄａｔａ ｔｒａａｓｍｌｓａｌｏｎ 中图分类号：ＴＰ３３４ １ ＭＣＰ３２０４简介 １．１ 概述 ＭＣＰ３２ＸＸ系列Ａ／Ｄ转换器是Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司在 文献标识码：Ｂ （６）ＥＳＤ保护，所有管脚均能随４ｋｖ静电释放； （７）转换速度可达１００ｋＨｚ； （８）适应温度范围宽，一４０℃一８５℃； （９）价格低廉，现时零售价低于３０元人民币。 由于其极低的功耗和灵活的工作方式，它适宜 继８位微功耗单片机之后，进军模拟器件市场的一 成功之作。它总结了以往模拟器件厂商生产模效转 换器（Ａｌ３Ｃ）的经验，将其在单片徽功耗技术的经验 应用于Ａ／Ｄ转换器而开发出一系列高性价比的】２ 位逐次渐近型Ａ／Ｄ转换器ＭＣＰ３２ＸＸ，ＭｃＰ３２ｏ４即是 于各种电池供电系统、便携式仪表、数据采集系统和 传感器接口的应用。 １．２ ＭＣｔｒ３２０４的内部结构 ＭＣＰ３２０４主要由输入通道选通开关、采样保持 其中一例。该系列ＡＤＣ工作原理和操作方法大同 小异，下面即以ＭＣＰ３２０４为例来介绍该系列Ａ／Ｄ转 换器的特点和操作。 （１）单电源工作，工作电压范围宽，可在２．７ ５．５ｖ电压问工作： （２）功耗低，激活工作电流仅为４００ｔｚＡ，而维持 工作电流仅０．５ｔｔＡ； （３）工作方式灵活，单端输入工作方式和准差 分输入工作方式可通过命令设置，其中准差分输入 工作方式能有效抑制输入端共模干扰的影响； （４）与微处理器采用ＳＰＩ接口总线通讯，为微 处理器节约了口线，同时，也使效据采集更加方便； （５）几乎无外围器件，从而减少了由于外围器 单元、效据转换器（ＤＡＣ）、比较器、ｌ２位逐扶逼近寄 存器（ＳＡＲ）、控制逻辑单元和移位寄存器等部分组 成，如图ｌ所示。其转换原理是：通过比较器，利用 已知的标准电压与被测电压进行比较，当被测电压 与标准电压相等时，则该标准电压即为Ａ／Ｄ转换的 结果。标准电压是按照二进制编码变化的可变量， 通常它是由逐次逼近寄存器（ Ｒ）和ＤＡＣ产生的。 ＳＡＲ用于产生一个二进制编码的效字量，ＤＡＣ将这 个数字量转换成模拟电压即为标准电压，ＳＡＲ的位 数决定了Ａ／Ｄ转换器的分辨率，同时ＳＡＲ的位效又 决定了Ａ／Ｄ转换器完成一次转换过程中标准电压 与被测电压比较的次数．也就是说决定了完成一次 Ａ／Ｄ转换的所需要的时间。每扶进行Ａ／Ｄ转换的 件而引入的干扰和误差，同时也提高了可靠性； ５２ 维普资讯 http://www.cqvip.com
通道号通过控射逻辑选取，而转换后的二进翩数据 则通过移位寄存器串行输出。 ａｍ 口｛Ｉ Ｖ Ｄｎ ＶｔＥｒ ＾ＣＮＤ Ｃｌ Ｄ ｎｕ ＤⅡ ＣＨ２ （３ｔ３ ＮＣ ＮＣ ＣＩ加 口｛Ｉ 叫２ ＤＣＮＤ ＨＤＨ ０．３ 图２ ＭＣＰ３２｛３４引脚蹲 ａ）ＣＨＯ—ｃＨ３：模拟信号输入端 ｂ）ＮＣ：保留未用端子 ｃ）ＤＧＮＤ：数字地 ｄ）ＣＳ／ＳＨＤＮ：片选／Ｙｅ闭输入 ＣＳ／ＳＨＤＮ Ｄ＿ＣＩ Ⅱ ｅ）Ｄ 串行数据输入端 ｆ）Ｄｏｔｒｒ：串行数据输出端 ｇ）ＣＬＫ：串行数据输入输出时钟 ｇ）ＡＧＮＤ：模拟地 图１ ＭＣＰ３２０４功能框图 转换输出数据：塑萼兰 ＶＲＥＦ 式中：ＶＮ：从ＣＨＯ—ＣＨ３输入的模拟电压，Ｖ； ＶＲＥＦ１输人参考电压，Ｖ。 １．９ Ｍｃ丹２ｏ４引脚功能 ＭＣＰ３２０４双列直插封装型式引脚分布如图２所 示。 ｉ）Ｖｌｔ￣ｒ：参考电压输入端 ｊ）ＶｎＤ：供电电源正端 ２ ＭＣＰ３２０４的简要操作过程 微处理器对ＭＣＰ３２０４的操作控制主要是通过 ＭＣＰ３２０４的标准ＳＰＩ串行总线接口实现的，其操作 时序如图３所示。 图２中各引脚功能如下： ＣＬＫ Ｄ Ｉ～ｌ Ｄ２１ＤＩ ｌ ｛ ’ｔ— Ｉ—Ｊ Ｊ叫ｎ Ｄ ｎ 弧 瞅 舟３ ＭＣＰ３２｛Ｍ工怍时序 由图３可知，当片选信号ｃｓ由高变低，且Ｄ 为 高电平时，第一个时钟脉冲ＣＬＫ的上升沿的到来将 构成一个数据交换起始位（Ｓｔａｒｔ位），此时ＭＣＰ３２０４ 才能接收微处理器发出的命令，若不满足上述条件， ＭＣＰ３２０４将对ＤｌＮ输入的数据不予理会。这时，仅 ＤＩＮ输人才有效，而Ｄｏｔｒｒ输出呈高阻状态。在起始位 后，ＭｃＰ３２ｏ４接收的是输入方式选择位（ＳｃＬ／ＤⅡ下 位），此位将决定该Ａ／Ｄ转换器输入方式——单端 输入还是差分输入，紧接此后输入的３位数据选择 模拟输入通道号，具体详见表ｉ所示。 当输入完四位命令数据后，ＭＣＰ３２０４将开放选 通通道开始对其电压值进行采样，这个过程将需要 １．５个时钟周期去完成。采样时钟后，下一时钟的 下降措在Ｄ０【 上将输出一个无效的０，紧接着时钟 的下降沿Ｄ０【 将依次输出转换后二进制数据，其顺 序是由最高位到最低位（Ｂ。１一％）共Ｉ２位效据，这 样便完成了一次Ａ／Ｄ转换周期。 ５３ 维普资讯 http://www.cqvip.com
表ｌ ＭＣＰ３２０４的控制命令 控制位选择 成高电平，以使ＭＣＦ３２０４处于在维持工作方式，减 小功耗，这一点在电池供电系统和檄功耗系统中尤 为重要。 ９丑／ Ｄ矸 Ｄ已 Ｄｌ ０ ０ ＤＯ 输入方式 选通通道号 ０ ｌ 单端输入 单端输入 Ｃ肿 ＣＨｌ ｌ ｌ 假设输人方式选择及通道号选择置于徽处理器 ８９Ｃ５２累加器Ａ中的高四位，输出的转换结果保存 于Ｒ０指向的地址中，（Ｒ０）一高四位，（１ｔ９ ４－１）一低 ｌ １ １ ｌ ０ 单端输入 １ ＣＨ２ ＣＨ３ １ 单端输入ｊ Ｏ ０ ０ 洲娃ｔ Ｉ ＣＨ０＝ＩＮ＋ 八位，则采集一次Ａ／Ｄ转换数据的程序清单如下： ＣＨｌ＝ＩＮ一 ０ ０ １ 差分辅人 ｃＨ０＝ＩＮ— ｃＬＫＥＱＵ ＰＩ．０ ｏＩ１＝ ＋ ＤｏｌｒｒＥＱＵ Ｐ１ １ Ｏ 】 Ｏ 差分输入 ＣＨ２＝ＩＮ＋ ｃｍＤ矾ＥＱＵ Ｐ１ ２ ＝ＩＮ一 ０ ＣＳ ｒｏｔｓ Ｐ１．３ ｌ ｌ 差分输入 （ｃＨ２＝ＩＮ一 阳＝ＩＮ＋ ＡＤＣ：ＭＯＶ Ｒ６，Ａ Ｄ２位为任意值对控制命令均无影响 ＭＯＶＲ５．＃００Ｈ 需要指出的是 Ｍ０Ｖ Ｒ７．靠０４Ｈ （１）当ＭＣＰ３２０４接收命令数据时，时钟ＣＬＫ的 ＣＬＲ ＣＩｊ（ 上升沿有救；当ＭＣＦ３２０４输出转换后的数据时，时 ＳｌⅡＢ Ｄ 钟ＣＬＫ的下降沿有效。 Ｓ研 ｃｓ （２）当采样结束后，读取所有１２位转换数据必 ＮＯＰ 须在１．２ｍｓ时阃内完成，否则将影响转换精度。 ＮＯＰ （３）当ＭＣＰ３２０４所在电路板有一地线层时，模 ＣＬＲ ＣＳ 拟地ＡＧＮＤ管脚与数字地ＤＧｈｑ）管脚应当连接到模 ＳＥＴＢ ＣＬＫ；当ＢＩＮ＝ｌ，ｃｓ由ｌ变到０对， 拟地线层：当所在电路板有模拟地线层和数字地线 第一个时钟上升沿的到来构成一个起始位 层时，ＡＧＤＮ管脚和ＤＧＮＤ管脚将连接到模拟地线 ＭＯＶＡ，Ｒ６ 屡；当所在电路板没有地线层时，必须将ＡＧＮＢ管脚 ＵＤＯＰ１：ＣＬＲ ｄ 和ＤＧＮＤ管脚一起连到电路板的地线Ｖｓｓ上，这将有 ＭＯＶ Ｄ矾．Ｃ 效减少数字噪声耦合到Ａ／Ｄ转换器上的机会。 ＳＥＴＢ ＣＩｊ（ ＤＪＭ Ｒ７，ＬＯＯＰ１；向ＭＣＰ３２０４发送四位 ３应用实例 命令位 ＭＣｔＢ２０４和微处理器之问数据交换最直接、最 Ｎ０Ｐ 有效的方法是利用微处理器的ＳＰＩ总线接口与 ＮＯＰ ＭＣＰ３２０４的ＳＰＩ接口通讯，这样，只需占用微处理器 ＧＥＴＤＡＴＡ：ＮＯＶ Ａ ＃００Ｈ 很少的资源便能很快获取转换后的数据。但是，当 ＭＯＶ Ｒ２．＃０ＥＨ 微处理器不带ＳＰＩ接口时，如常用的５ｌ系列单片机 ＬＯＯＰ２：ＣＬＲ ＣＬＫ；以下程序读取ｌ２位转换数据 ８９ｃ５２，则需要运用微处理器输人输出口线及其软件 ＭＯＶ Ｃ．ＤＯＵＴ 来模拟ＳＰ［接口的操作，以获取ＭＣＰ３２０４转换的数 ＲＬｃ Ａ 据。以下介绍ＭＣＰ３２０４与８９ｃ５２的接口。 ＸＣＨＡ，Ｒ５ ＲＬＣ Ａ ＸＣＨＡ．Ｒ５ Ｓ日 ＣＩｊ（ Ｄ／ＮＺ Ｒ２，ＬＯＯＰ２ ＸＣＨ Ａ．Ｒ５ 图４ ＭＣＰ３２０４与８９Ｃ５２接口 ＡＮＬＡ．＃０ＦＨ 当不进行Ａ／Ｄ转换时，撮好把 ／ｓ肿Ｎ设置 （ＭＯＶ＠Ｒ０，Ａ；取高４位数据保存于 Ｒ０）单元 ５４ 维普资讯 http://www.cqvip.com
Ｃ Ｒ０ 该＿＾／Ｄ转换器已成功地应用在我所开发生产 的流量信号数据采集系统中，并经过严格的温湿度 ＸＣＨ Ａ．Ｒ５ ＭＯＶ＠Ｒ０，Ａ；取低八位数据保存于（Ｒ０＋ １）单元 Ｃ Ｒ０ 及静电宴验，达到预期效果 但是由于微处理器不 口操作，占用机时较多。因此，在使用中，最好使用 带ＳＰＩ接口的微处理器与ＭＣＰ３２０４连接，这样，只需 很少的几条指令便能获取Ａ／Ｄ转换的数据，便于提 高微处理器的运行效率。 参考文献 １ Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｌｍｉｃａｌ Ｌｉｂｒａｒｙ ＣＤ—ＲＯｔ 台ＳＰＩ接口，与ＭＣＰ３２０４连接，要用软件模拟ＳＰＩ接 Ｓ啪Ｒ ＣＳ 通过上述程序便能很好地实现在没有ＳＰＩ接口 的５ｌ系列单片机与ＮＣＰ３２０４之间的通讯连接，从 而使微处理器能迅速地获取经过Ａ／Ｄ转换后的数 字信号。以上程序已上机调试通过，读者稍加修改 便可使用。 ４结束语 ２吕勇军Ａ／Ｄ转换器ＭＡＸＩ７１及其与单片机的接１３．电子 技术应用，１９９９．７ （上接第３４页） Ｍｃ６８４５输出的显存地址加１，ＡＴ８９Ｃ２０５１从显存的 效据口读人并行的８位数据，并将其转换成申行数 据存人列锁存器ＣＩＭ０９４中，这期间ＲＡ０一直为低 电平，ＤＳ８０Ｃ３２０不对显存操作。发送１２８个ＣＬＫ信 号后，ＡＴ８９Ｃ２０５１立即清屏（１７３．３＝０），并通过Ｐ３．２ 脚发一个脉冲，使行指针下移，再由Ｐ３．７＝１将所有 的列锁存器中的数据打入输出端，并点亮该行（Ｖ３．３ １）；然后延时，ＡＴ８９Ｃ２０５１再发１２８个ＣＬＫ信号， 这时ＲＡ０：１，ＤＳ８０Ｃ３２０此时可对显存操作，上述过 ＝程重复进行，就实现了ＬＥＤ大屏幕的动态显示。 圈Ｊ ＬＥＤ大屏幕显示电路同 Ｊ｛ｊ了ＭＣ６８４５，滚屏功能也很容易实现。 ＤＳ８０Ｃ３２０可与行指针同步地将一行内容移人 由于篇幅所跟，率文不再列出ＬＥＤ显示系统的 驱动ｌｎ路以及其它周边电路。 显示缓存，从而保证了动画的高质量实现。由于采 ５５
