在弱信號檢測電路中，經(jīng)常會因為傳感器的移動、測試信號類型變化等因素引起被測信號的改變。這時就需要對信號的增益進行調(diào)節(jié)，為使調(diào)節(jié)達到精密測量要求，對于一些以DSP為信號處理機的采樣系統(tǒng)，應(yīng)引入準(zhǔn)確、實時的量程自動轉(zhuǎn)換電路。
量程自動轉(zhuǎn)換電路可以用運算放大器和模擬開關(guān)構(gòu)成，但對這種精密的、實時進行微調(diào)的電路，我們采用一個由MAXIM公司的12位D／A轉(zhuǎn)換器MAX543組成的自動調(diào)節(jié)增益轉(zhuǎn)換電路。利用DSPTMS320F206異步串口靈活控制功能，決定適當(dāng)?shù)男盘柗糯蟊稊?shù)。本文先介紹MAX534和TMS320F206的原理與特性，然后討論量程自動轉(zhuǎn)換電路的具體實現(xiàn)方法并給出具體匯編程序框圖。
1 12位串行數(shù)模轉(zhuǎn)換器MAX543
1．1 MAX543原理及特性
MAX543是一種12位電流輸出、乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器。它由一個12位的R－2R型DAC、一個串行輸入并行輸出的移位寄存器、一個DAC寄存器和控制邏輯電路組成。在時鐘信號（CLK）的上升沿，串行數(shù)據(jù)輸入端（SRI）的串行數(shù)據(jù)移位進入MAX543，當(dāng)所有的數(shù)據(jù)進入后，LOAD端變?yōu)榈碗娖健?/p>
MAX543可采用5V單電壓供電，數(shù)字輸入為TTL或5VCOMS相兼容的電平。MAX543采用的制作工藝可以保證±1／4LSB的線性度和優(yōu)于±1LSB的增益精度。數(shù)字輸入采用了防靜電措施。
1．2 MAX543的內(nèi)部電路及工作過程分析
MAX543的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路由一個R－2R電阻網(wǎng)絡(luò)和NMOS模選開關(guān)組成，如圖2所示。根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的變化來決定每一個模選開關(guān)是接地還是與Iout端相連。
圖3為MAX543的工作時序圖。從第一個時鐘信號的上升沿開始，MSB位開始移入MAX543，在隨后的時鐘周期里，其余各位依次移入。當(dāng)所有數(shù)據(jù)輸入后，再延遲30ns，LOAD端變?yōu)榈碗娖?，?shù)據(jù)進入到12位DAC寄存器中，進一步控制NMOS模選開關(guān)。
2TMS320F206的異步串口分析
TMS320F206是TI公司生產(chǎn)的定點、靜態(tài)COMS數(shù)字信號處理器。它采用先進的哈佛結(jié)構(gòu)（將數(shù)據(jù)空間和地址空間的總線分離）、具有片內(nèi)外設(shè)、片內(nèi)存儲器及專用的運算指令集，這些特點使得此器件使用靈活方便。TMS320F206的異步串口可用于不同期間的數(shù)據(jù)傳遞。
2．1 接口管腳與寄存器
異步串口由以下管腳組成：
TX：TX端從異步串口發(fā)送移位寄存器（AXSR）發(fā)出串行數(shù)據(jù)。
RX：RX端從異步串口接收移位寄存器（ARSR）接收串行數(shù)據(jù)。
IO0－IO3：通用I／O端口可以設(shè)置成為通用I／O端口，也可以設(shè)置成為UART的握手信號。
兩個片內(nèi)寄存器進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收操作并且控制端口的操作：
·異步串行控制寄存器（ASPCR） ASPCR的I／O地址為FFF5H，包括設(shè)置端口模式位。允許和禁止自動波特率邏輯檢測，選擇中止位的數(shù)目，允許或禁止中斷。設(shè)置IO0－IO3，復(fù)位端口。
·I／O狀態(tài)寄存器（IOSR） IOSR的I／O地址為FFF6H，包括輸入波特率、各種錯誤狀況、以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)臓顟B(tài)。檢測RX端的斷點、IO0－IO3的狀態(tài)，并且檢測IO0－IO3的變化。
2．2 異步串口的設(shè)置
ASPCR控制異步串口的操作。圖4給出了16位ASPCR的格式圖。
2．3 I／O狀態(tài)寄存器的設(shè)置
IOSR返回異步串口和I／O口（IO0－IO3）的狀態(tài)。圖5給出了16位IOSR寄存器的格式圖，IOSR的I／O地址是FFF6H。
3TMS320F206 DSP異步串口控制程控放大器的具體實現(xiàn)
3．1電路原理圖分析
具體實現(xiàn)的電路原理圖如圖6所示，量程自動轉(zhuǎn)換電路由MAX543和AD公司出品的高速精密運算放大器AD711J組成，信號由DAC的RFB輸入，參考電壓端（Vref）與信號輸出端相連，運放的反向輸出端與MAX543的電流輸出端相連。
在MAX543和DSP的接口部分，LOAD端與XF相連，時鐘信號由IO0產(chǎn)生，IO1輸出控制增益的數(shù)據(jù)。通過這種連接方式，MAX543的R－2R電阻網(wǎng)絡(luò)起到了一個精密可調(diào)電阻的作用。
3．2數(shù)字輸入值與量程自動轉(zhuǎn)換電路的放大倍數(shù)之間的關(guān)系
圖7給出的是量程自動轉(zhuǎn)換電路的簡化原理圖。設(shè)輸入的電壓為Vi，輸出電壓為V0，根據(jù)R－2R 電阻網(wǎng)絡(luò)圖，Vi和V0的關(guān)系式為：
其中Dj對應(yīng)DSP輸出12位控制數(shù)據(jù)各位的值。
這樣即可實現(xiàn)量程的自動調(diào)節(jié)。
3．3TMS320F206 DSPD／A控制程序的設(shè)計
TMS320F206 DSP D／A控制程序首先使TMS320F206初始化，所有的中斷均被屏蔽，等待狀態(tài)寄存器也被清0。在初始化異步串口，復(fù)位串口，將IO0－IO3置為輸出，然后激活異步串口。
在ADC初始化，置XF為1，IO0輸出0，對控制變量COUNT進行賦值。從IO1移出MSB位，經(jīng)過延時程序1，再將時鐘信號變?yōu)?，再經(jīng)過延時程序2，將IO0變?yōu)榈碗娖?。通過循環(huán)程序，依次從IO1移出數(shù)據(jù)，當(dāng)COUNT＝0時，所有數(shù)據(jù)移出，將XF置0，執(zhí)行延時程序3，數(shù)據(jù)輸送到12位DAC寄存器中，然后XF置0，一次增益調(diào)節(jié)過程結(jié)束。程序流程框圖如圖8所示。
4結(jié)束語
本文分析了12位串行D／A MAX543實現(xiàn)增益調(diào)節(jié)的方法。通過利用D／A的內(nèi)部電阻網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)量程的快速準(zhǔn)確測量。該方法具有普遍的應(yīng)用意義，可在速度、精度要求較高的測量系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。