引 言

　　數(shù)／模轉(zhuǎn)換(D／A)電路，是數(shù)字系統(tǒng)中常用的電路之一,，其主要作用是把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號,，通常是利用專用的數(shù)／模轉(zhuǎn)換(D／A)芯片來實現(xiàn)的。AD7543是Analog Device公司生產(chǎn)的的12位數(shù)／模轉(zhuǎn)換(D／A)芯片,，它采用串行數(shù)據(jù)輸入形式,，即數(shù)字信號被一位一位地寫入AD7543數(shù)／模轉(zhuǎn)換(D／A)芯片中，因此，AD7543要與一個控制器配合使用才能發(fā)揮作用,。常規(guī)的方法,，是以CPU作為控制部件，通過軟件編程的方式來控制AD7543,，從而實現(xiàn)數(shù)／模轉(zhuǎn)換功能的,。軟件實現(xiàn)法雖然簡單，但必將會占用大量的CPU時間,，削弱了CPU實時處理能力,，降低了系統(tǒng)的可靠性。針對以上情況,，在此設(shè)計了基于可編程邏輯器件(FPGA)數(shù)／模轉(zhuǎn)換電路,，利用可編程邏輯器件(FP-GA)直接控制模轉(zhuǎn)換(D／A)芯片AD7543進(jìn)行數(shù)／模(D／A)轉(zhuǎn)換，取代傳統(tǒng)的“CPU+專用的數(shù)／模轉(zhuǎn)換(D／A)芯片”設(shè)計結(jié)構(gòu),，有利于提高系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性,。

　　1 AD7543簡介

　　1．1 AD7543主要特性

　　AD7543主要特性為：

• 　　分辨率：12位；
• 　　非線性誤差：±1／2 LSB,；
• 　　輸入方式：串行正或負(fù)選通,；
• 　　初始化：異步輸入清零方式；
• 　　工作電壓：+5 V,；
• 　　最大功耗：40 mW,。

　　1．2 封裝形式和引腳功能

　　AD7543有三種封裝形式：16引腳的DIP和20引腳的PCCC與PLCC，其封裝形式如圖1所示,，設(shè)計者可根據(jù)實現(xiàn)需求進(jìn)行選擇,，其引腳功能說明如下：

• 　　OUT1：數(shù)／模轉(zhuǎn)換(D／A)器電流輸出端，通常接到放大器正輸入端,；
• 　　OUT2：數(shù)／模轉(zhuǎn)換(D／A)器電流輸出端,，通常接到模擬地；
• 　　AGND：模擬地端,，接到模擬地,；
• 　　STB1：寄存器A選通1信號輸入端；
• 　　LD1：寄存器B裝人選通1輸入端,，LD1和LD2都為低電平時,，寄存器A的內(nèi)容被裝入到寄存器B中,；
• 　　N／C：懸空,；
• 　　SRI：串行數(shù)據(jù)輸入端，與寄存器A低位相連,；
• 　　STB2：寄存器A選通2信號輸入端,；
• 　　LD2：寄存器B裝入選通2輸入端，LD1和LD2都為低電平時，寄存器A的內(nèi)容被裝入到寄存器B中,；
• 　　STB3：寄存器A選通3信號輸入端,；
• 　　STB4：寄存器A選通4信號輸入端；
• 　　DGND：數(shù)字地端,；
• 　　CLR：異步清寄存器B輸入端,，當(dāng)為低電平時，清寄存器B內(nèi)容,，寄存器A內(nèi)容不變,；
• 　　VDD：5 V供電輸入端；
• 　　VREF：參考電壓輸入端,；
• 　　RBF：反饋輸入端,。

　　1．3 數(shù)／模轉(zhuǎn)換芯片AD7543器件工作原理

　　在AD7543器件內(nèi)部，有兩個寄存器：寄存器A和寄存器B,。寄存器A是12位串行輸入并行輸出的移位寄存器,，其低位與SRI引腳相連。在STB1,，STB2和STB4上升沿或STB3下沿作用下,，移位寄存器A發(fā)生移位，SRI引腳上的串行數(shù)據(jù)被裝進(jìn)寄存器A中,，當(dāng)要寫入數(shù)據(jù)全部被裝進(jìn)寄存器A時,，再給AD7543一個裝載負(fù)脈沖(LD1和LD2均為低電平)，把移位寄存器A的內(nèi)容裝到寄存器B中,，通過后續(xù)電路完成D／A轉(zhuǎn)換,。當(dāng)CLR為低電平時，寄存器B的數(shù)據(jù)被清零,，輸出的電壓為零,，簡化初始化過程。圖2為AD7543數(shù)／模轉(zhuǎn)換(D／A)的工作時序圖,。

　　2 基于AD7543的數(shù)／模轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計

　　圖3為基于AD7543數(shù)／模轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)／模轉(zhuǎn)換器電路,，由于AD7543的內(nèi)部無運(yùn)算大器，輸出為電流形式,，在應(yīng)用中,，必須外接一個運(yùn)放器，因此,，AD7543的第1和2腳分別接在LM324運(yùn)放的反向輸入口與同相輸入口,，AD7543的第15腳(參考電壓輸入端)接在-10 V的電源上，當(dāng)寄存器B的位數(shù)全為高電平時,，輸出電平接近10 V,。AD7543的輸入時序信號CLR,，STB2，LD和SRI由外接的可編程邏輯器件(FPGA)產(chǎn)生,。AD7543的第8腳和11腳接地,。運(yùn)放器LM324正負(fù)電源引腳分別接在正負(fù)12 V的電源上。

　　3 AD7543工作時序FPGA實現(xiàn)

　　AD7543是串行輸入數(shù)／模轉(zhuǎn)換芯片,，被轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)是逐位寫進(jìn)AD7543中,，因此，AD7543工作時,，要有正確的工作時序,，工作時序在QuartusⅡ開發(fā)環(huán)境中利用硬件描述語言Verilog HDL描述。QuartusⅡ是Altera公司的EDA開發(fā)工具,，它是集設(shè)計輸入,、編譯、邏輯綜合,、器件引腳管理,、功能仿真、定時分析,、編程下載等于一體的可編程邏輯器件設(shè)計環(huán)境,。

　　在設(shè)計中，為了降低設(shè)計成本,，F(xiàn)PGA采用Altera公司的Cyclone系列的EP1C6Q240C8芯片,。。EP1C6Q240C8芯片,，不僅集成了5 980個邏輯單元 (LEs),，還集成了20個4 KB雙口存儲單元(M4KRAM BLock)和92 160 b的普通高速RAM等資源。

　　打開Quartus II軟件,，新建一個工程管理文件,。在工程管理文件中，新建一個Verilog HDL源程序文件,，用硬件描述語言Verilog HDL編寫程序,，實現(xiàn)控制功能，其代碼如下：

　　4 FPGA時序模塊仿真

　　為了進(jìn)一步的驗證FPGA控制器模塊的正確性,，在下載到目標(biāo)器件之前,，可以對此模塊進(jìn)行時序仿真。在工程文件中,，首先要新建一個以vwf結(jié)尾的波形文件,。在彈出的對話框中添加要觀察的引腳，然后再設(shè)定時鐘相關(guān)參數(shù)和保存波形文件,，最后在編譯頂層文件之后,，可對此模塊進(jìn)行仿真。如圖4為FPGA控制器模塊仿真波形,，CLOCK為此模塊的工作時鐘,，時間周期設(shè)為40 ns；ida為并行輸入數(shù)據(jù),，STI為串行輸出,，STB1為選通脈沖信號。由圖可知,，STB1的上升沿把STI引腳上的數(shù)據(jù)裝入寄存器A中,，裝滿寄存器A后，LOD設(shè)為低電平,，把寄存器A的內(nèi)容裝入寄存器B中,。仿真時序與圖1的時序一致，滿足設(shè)計要求,。

　　5 結(jié) 語

　　針對采用軟件控制AD7543數(shù)／模轉(zhuǎn)換芯片所具有的缺點的基礎(chǔ)上,，采用硬件(FPGA)直接對AD7543轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行控制的方式來設(shè)計數(shù)／模轉(zhuǎn)換電路，給出具體的硬件實現(xiàn)電路和控制器的Verilog HDL實現(xiàn)代碼,。因為FPGA控制器是一個獨立單元,，它幾乎不需要CPU的干預(yù)就能工作，在電路中分擔(dān)了CPU的工作量,，這不僅提高CPU實時處理信號能力,，還會提高系統(tǒng)的可靠性，具有一定的實用價值與參考價值,。在此設(shè)計了基于FPGA與AD7543轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)／模轉(zhuǎn)換電路,，AD7543的工作時序全部用FPGA器件產(chǎn)生，提高系統(tǒng)的可靠性,。