崔海朋（青岛杰瑞工控技能有限公司 青岛266071）
摘 要：现在许多智能外表中，要求有超高精度的电压信号输出，并且要求刷新率高、噪声低，惯例的处理电路比较杂乱，难以完成主动校准。为了处理该问题，选用了20位的高精度数模转化器（DAC）AD5791，并运用于根据STM32的丈量外表中。本文详细介绍了软硬件规划。此体系完成了超高精度的单路可调电压输出，精度高和噪声低。
关键词：数模转化器；STM32；AD5791
0 导言
现在许多智能丈量外表要求具有超高精度的电压信号，一起要求高安稳性、高线形度和低噪声、低温度漂移。这样的模仿体系规划面临杂乱的工程技能应战，惯例的办法是选用多个较低分辨率的DAC和很多分立元件与支撑IC整合在一起，一起伴随着相当大的开发危险和高价值的修正时刻，才干优化电路参数、减小差错和规划出杂乱的主动校准电路，这样不只增加了硬件规划的杂乱性，一般到达的精度也不是很高。本体系规划的根据STM32微处理器和AD5791的20位超高精度丈量体系中，完成了单路超高精度可调电压信号的输出，输出电压信号的幅值能够经过软件来设置。该体系可靠性高，不需求校准电路。
AD5791是美国ADI公司推出的一款高功用的单路20位电压输出数模转化器, 它是业界首款具有真实1 ppm(百万分之一)分辨率和精度的DAC器材 [1-2] 。双极作业电压高达33 V。一起AD5791具有1 ppm的分辨率和精度、低噪声(l ppm以下)、快速刷新率(1 us)和十分低的输出漂移(在l ppm以下)。该器材选用了多功用三线串行接口，并与SPI、QSPI TM 、MICROWIRE TM 和DSP接口标准兼容。该器材集成了一个上电复位电路，以保证DAC输出能到达0V，并保持在已知输出阻抗状况，直到有用写入停止。该器材还供给了一个输出钳位功用，这使得其输出在一个限制的负载状况。综上知，选用该款芯片，削减了杂乱校准算法的必要性，能极大地简化规划使命、削减开发和保护本钱，一起下降危险。国内相关学者在精细电压源和医疗仪器中也得到了运用 [3-4] 。
本体系的 Cortex-M3处理器为意法半导体公司推出的32位RISC处理器 STM32F103VCT6，主频最高可达72 MHz，运用也比较广泛 [5] 。该处理器具有256KB的程序存储器，48 KB的RAM，一起它有8个定时器、5路串口、3路SPI、2路I2C，具有独立看门狗和窗口看门狗，十分适合于与AD5791构成高精度的丈量体系。
1 硬件电路规划
数模转化电路中选用了1片参阅电压基准发生芯片REF02AZ、1片超高精度双路轨至轨输出运算放大器AD8676、1片高精度单路轨至轨输出运算放大器AD8675和20位超高精度数模转化芯片AD5791构成。该电路功用安稳，运转作用十分好。下面临电路进行详细分析。
AD5791中，VDD为+15 V，VSS为-15 V。VREFPS和VREFPF用以供给AD5791的正参阅电压输入，输入规模5V到VDD-2.5 V，本测验体系中运用了+5 V的参阅电压。VREFNS和VREFNF用以供给AD5791的负参阅电压输入，输入规模VSS+2.5到0 V，本测验体系中运用了-5 V的参阅电压。AD5791的作业电压为3.3 V。+5 V参阅电压由参阅电压发生芯片REF02AZ发生，负电压是经过由OP177构成的单位增益反向放大器来完成。±5 V电压发生电路如图1所示。
AD5791有7个用于与STM32处理器进行通讯的引脚，下面逐个作详细介绍：
RESET/：复位引脚，能够完成AD5791的复位；
CLR/：清零引脚，能够将AD5791内部DAC寄存器的值康复到用户界说的值，并更新DAC的输出；
LDAC/：用于更新AD5791内部DAC寄存器的值，并更新DAC的输出；
SDO：串行数据输出引脚；
SDIN：串行数据输入引脚；
SCLK：串行通讯时钟信号输入引脚，最高频率可高达35 MHz；
SYNC/：串行输入数据的帧同步信号；
因为STM32处理器选用了I/O口模仿SPI通讯的办法，所以通讯操控引脚能够连接到空余的STM32处理器的任何一个I/O引脚上，只要做相应装备就能够。AD5791的运用电路图如图2所示。其间，AD8675构成电压跟从器，作为AD5791的输出缓冲。硬件电路上模仿地和数字地分隔，并在一点接地，一起各个电源都加有滤波电容，以消除搅扰。
2 软件规划
体系选用模仿SPI总线通讯，软件的关键是STM32处理器和 AD5791之间的时序匹配，输出电压值到AD5791的DAC寄存器的值的核算，下面别离进行详细介绍。
2.1 AD5791芯片装备
AD5791的装备，首要在于AD5791的操控寄存器的装备。为了使得AD5791和STM32处理器匹配运用，需求做如下装备，详细操控寄存器相关介绍和操作拜见手册。DBn（n=1…9）代表操控寄存器的第n位。
DB1 RBUF=1 内部运算放大器封闭
DB2 OPGND=0 将DAC输出下拉到地的功用切换掉，使得DAC处于正常办法
DB3 DACTRI=0 使DAC处于正常操作办法
DB4 BIN/2sC=1 运用直接二进制编码，不运用二进制补码编码的办法
DB5 SDODIS=0 SDO数据输出使能
DB6-DB9 LIN_COMP=0 参阅电压输入规模挑选为10 V
依照上述的装备，将相应装备字写入到AD5791的操控寄存器内部，AD5791就能够正常作业了。此处值得留意的是DB4位，一定要挑选好相应的编码办法，不然输出电压会和核算值不符合。
2.2 ST M 32接口装备
STM32处理器的SPI 发送和接纳都选用的是I/O口模仿的办法，因而I/O的初始化比较简单，除了DAC1_SDO网络标号的引脚设置为输入办法外，其他通讯用的引脚都设置为输出办法。
2.3 数模转化输出
数模转化输出，首要触及3个子程序，芯片上电初始化子程序，芯片操控寄存器初始化子程序和电压输出子程序3个部分。下面给出AD5791读写函数和测验的比如。
u32 AD5791_Read(void)//读取的24bit的数据
{
unsigned int i,j;
u32 data,c;
data=0;
AD5791_sync_0();
AD5791_sclk_0();
for(i=0;i<24;i++)
{
j=3;
data=data<<1;
AD5791_sclk_1();
while(j–);
c=GET_AD5791_SO();
AD5791_sclk_0();
data=data|c;
}
AD5791_sclk_0();
AD5791_sync_1();
return(data);
}
void AD5791_Write(unsigned long OutData) //写一
个24 bit的数值
{
unsigned char i;
unsigned long value;
value = OutData & 0x00ffffff; //取低24bit
value = value<<8; //左移8位,ok
AD5791_ldac_1();
AD5791_sclk_1();
AD5791_sync_1();
AD5791_sync_0();
for ( i = 0; i < 24; i ++ )
{
AD5791_sclk_1();
ad5791delay();
if((value & 0x80000000) == 0x80000000)
{
AD5791_sdin_1();
}
else
{
AD5791_
sdin_0();
}
ad5791delay();
AD5791_sclk_0();
ad5791delay();
value = value << 1;
}
AD5791_sync_1();
ad5791delay();
AD5791_ldac_0();
ad5791delay();
AD5791_ldac_1();
ad5791delay();
}
/*进口参数：outvalue 输出的电
压的值*/
void test_ad5791(double outvalue)
{
double temp=0.0;
long temp1=0;
Ad5791_gpio_init(); //AD5791 I/O口初始化
Ad5791_clr_init();//AD5791 清零
Reset_ad5791(); //AD5791 复位
Write_ad5791_control_register();//写AD5791的控
制寄存器
temp=（（outvalue+5.0）*1048575.0）/10.0;//计
算DAC输出值
temp1=(long)temp | 0x00100000;
Write_ad5791_dac_register(temp1);//写AD5791的
dac寄存器,一起输出相应电压
}
程序中对AD5791芯片进行相应初始化以及写AD5791的相应寄存器都选用I/O模仿相应时序的办法。其间写办法的时序如图3所示。写数据时，留意先写高位，再写低位，有必要严厉依照时序来写入。
3 结束语
本体系成功完成了根据STM32处理器和AD5791的20位高精度电压输出体系，给出了全新有用的硬件和软件规划，适用于对输出高精度模仿电压有需求的智能外表场合中。该体系精度高，漂移低，可靠性高，能够运用于医疗仪器、测验丈量外表、工业操控以及高端科学和航空航天仪器中，具有很好的运用远景。
参阅文献：
[1]AD5791 Datasheet Rev.E[EB]. Analog Devices, Inc,2018.
[2]AD5791:20位电压输出数模转化处理方案[J].国际电子元器材,2011(2 ):15-16.
[3]薛巨峰,李壮,鲁志军.根据20位DAC—AD5791的高精度电压源的规划[J].电子技能,2015,44(09):59-62.
[4]Jan-Hein Broeders.选用ADI 20位DAC规划医疗成像体系[J].电子规划技能,2011(7):58.
[5]王永虹,徐炜,郝立平.STM32系列ARMCortex-M3微操控器原理及实践[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.
（注：本文来源于科技期刊《电子产品国际》2020年第06期第39页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。）
