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DAC芯片——TLV5636ID

TLV5636是一个12位电压输出的DAC芯片，它的内部控制寄存器为16位，其中高4位是控制位，后12位是DAC的数据位。可以通过写入16位数据对芯片进行配置，

一、TLV5636ID介绍。

1.封装图

2.各引脚意义

(1)DIN：串行数据的输入管脚

(2)SCLK: DAC的时钟输入管脚

(3)CS:DAC芯片的片选信号，低电平有效。

(4)FS:同步信号。

(5)AGND:模拟地

(6)REF:DAC的外部参考电压输入，可通过编程选取内部基准还是外部基准电压。

(7)OUT:DAC芯片输出电压。电压计算为 V = 2 *（data）/(2*exp(12) = 4096)

(8) VDD:电源

3.内部结构电路

可以看到芯片的输入为DIN、SCLK、 $\overline{CS}$ 、FS四个信号，在其内部有一个12位的数据锁存器，用于存放输入数据，另外2位的控制参考电压锁存器和2位功率和速度控制锁存器，共同构成16位输入数据。

4.TLV5636ID的时序图

从数据手册上看，TLV5636ID的最小时钟周期时间为50ns，也就是最大的时钟频率为20MHz，在编程的时候应该考虑到这个，一般SPI挂接在APB1或者APB2上，时钟周期拿STM32F103来说是72MHz/36MHz。通过对SPI设置分频系数来满足不超过20MHz的条件。

其中几个重要的时间如下：

a. TwH(FS):FS信号拉高持续时间，最低为半个时钟周期。FS信号非常重要，FS的下降沿告诉DAC芯片开始数据传输。所以在开启使能后必须要使得FS信号线产生一个下降沿信号

b.Tsu(D):数据准备时间。其实相当于数据稳定时间，这个时间最小为1/6个SPI时钟周期。

d.Tsu(H):数据有效时间。这段数据可以经SPI读取最小为1/10个SPI时钟周期。

e.Tsu(c16-cs):D0被采样后的第一个上升沿到CS拉高的最小时间，最小为1/10个SPI时钟周期。

5.串行接口

TLV5636ID兼容3种接口如下：

各种接口协议下的连接如上图。

必须注意的是：TLV5636ID的工作必须拉低CS信号，其次要给FS信号一个下降沿，告诉数据传输开始，这样移位寄存器将数据移入（MSB，高位先移动,软件需设置成一样）锁存器中，在16个数据被采集完毕或者FS拉高后，数据将会输出到OUT端。另外，如果是使用SPI接口时，需要对DAC芯片进行配置，所以写入的第一个数据是配置DAC的工作模式的，如果数据位宽是8位的，那么需要进行两次写操作，这个不必重复进行。配置完后可以进行正常的数据传输。

6.TLV5636ID的数据格式

二、软件编程

1.流程

根据前面的数据手册，为了方便，先用软件模拟SPI进行数据传输,硬件的还没有试。

第一步：初始化TLV5636ID，软件模拟的话就初始化个人选择的4个端口，分别代表DAC的DIN,SCLK,CS和FS信号。我选择的分别是PB15,PB13,PB12,PA6。

第二步：配置 SPI的工作模式，写入数据0xD003(外部输入基准电压),使用内部的基准电压时写入数据0xD002或者0xD000。

第三步：写入需要写入的数据。(数据时一次性的，只为了测试DAC芯片的输出功能是否正常)

2.代码

//tlv5636.h

#ifndef __TLC5636_H__
#define __TLC5636_H__

#include “stm32f10x.h”

/* 定义GPIO端口 */
#define RCC_SCK    RCC_APB2Periph_GPIOB
#define PORT_SCK   GPIOB
#define PIN_SCK       GPIO_Pin_13

#define RCC_DIN    RCC_APB2Periph_GPIOB
#define PORT_DIN   GPIOB
#define PIN_DIN       GPIO_Pin_15

//#define RCC_DOUT    RCC_APB2Periph_GPIOB
//#define PORT_DOUT   GPIOB
//#define PIN_DOUT   GPIO_Pin_14

#define RCC_CS        RCC_APB2Periph_GPIOB
#define PORT_CS       GPIOB
#define PIN_CS       GPIO_Pin_12

#define RCC_FS RCC_APB2Periph_GPIOA
#define PORT_FS GPIOA
#define PIN_FS GPIO_Pin_6

/* 定义口线置0和置1的宏 */
#define CS_0() GPIO_ResetBits(PORT_CS, PIN_CS)
#define CS_1() GPIO_SetBits(PORT_CS, PIN_CS)

#define SCK_0() GPIO_ResetBits(PORT_SCK, PIN_SCK)
#define SCK_1() GPIO_SetBits(PORT_SCK, PIN_SCK)

#define DI_0() GPIO_ResetBits(PORT_DIN, PIN_DIN)
#define DI_1() GPIO_SetBits(PORT_DIN, PIN_DIN)

#define FS_0() GPIO_ResetBits(PORT_FS, PIN_FS)
#define FS_1() GPIO_SetBits(PORT_FS, PIN_FS)

void tlc5636_Init(void);
void tlc5636_Send16Bit(uint16_t _data);
void tlc5636_Write2Byte(uint16_t data);
#endif

//tlv5636.c

#include “tlc5636.h”
#include “SysTick.h”
#include “gpioport.h”

/*
*********************************************************************************************************
*   函数名: tlc5636_Init
*   功能说明: TLV5636的初始化
*   形参: 无
*   返回值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void tlc5636_Init(void)
{


   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_SCK | RCC_DIN |RCC_FS| RCC_CS, ENABLE);

   /* 配置几个推挽输出IO */
   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;       /* 设为输出口 */
   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PIN_SCK;
GPIO_Init(PORT_SCK, &GPIO_InitStructure);//时钟引脚初始化

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PIN_DIN; /*对于主机而言为输入，对于从机而言为输出，因此此处配置成输出*/
GPIO_Init(PORT_DIN, &GPIO_InitStructure);//MOSI引脚初始化

   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PIN_CS;
   GPIO_Init(PORT_CS, &GPIO_InitStructure);//CS端初始化

   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PIN_FS;
   GPIO_Init(PORT_FS, &GPIO_InitStructure);//FS端初始化

   SCK_0();   CS_1();       FS_0();//空闲状态时，SCLK置0，CS置1,FS置0
}

/*
*********************************************************************************************************
*   函数名: TLC5636_Send16Bit
*   功能说明: 向TLV5636总线发送16个bit数据。
*   形参: _data : 数据
*   返回值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void tlc5636_Send16Bit(uint16_t _data)
{

   uint8_t i;

   FS_1();
   delay_us(12);
   FS_0();


   for(i = 0; i < 16; i++)
   {

       if (_data & 0x8000)
       {

           DI_1();
       }
       else
       {

           DI_0();
       }
       SCK_1();
       _data <<= 1;
       delay_us(10);

       SCK_0();
       delay_us(10);
   }
}

void tlc5636_Write2Byte(uint16_t _data)
{

   CS_0();
   tlc5636_Send16Bit(_data);
   CS_1();
//   FS_1();//这条不能写，因为FS = 1，意味着数据传输完成，所以DAC芯片的输出测不到电压值。切记

}

//main.c

#include “gpioport.h”
#include “system.h”
#include “SysTick.h”
#include “tlc5636.h”

int main(void)
{


   RCC_HSE_Config(RCC_PLLSource_HSE_Div1,RCC_PLLMul_9);
   SysTick_Init(72);
   LED1_Init();

tlc5636_Init();
   tlc5636_Write2Byte(0xD003);//设置DAC得参考电压和工作模式


   while(1)
   {

       LED1 = 0;
   delay_s(1);
       LED1 = 1;
       delay_s(1);

   tlc5636_Write2Byte(0x4FFF);

   }

}

#include “system.h” 系统位带定义头文件

#include “SysTick” 系统定时器的头文件

至此，TLV5636软件模拟SPI驱动DAC工作程序完成

三、总结问题

1.数据手册的时序很重要以及DAC芯片的工作原理。

2.配置时的数据可以不放入到循环中，而写入的数据时，函数必须放大循环内部，让DAC芯片不断的去读取，这样输出端才能输出电压。之前老是没有电压，可能是DAC输出的电压输出后就清0了，根据他的工作原理。时间很短，所以不能测量，所以需要不停的写入。（这块后续再理解理解，感觉这样解释很勉强）

后续：硬件SPI驱动TLC5636工作

经过调试，之前不能写FS = 1的问题的理解是错误的，可以写。在使用SPI驱动时，出现CS拉高后不能测出电压的情况，经过调试，知道是SPI在发送数据的时候，指令SPI2_WriteByte(0xD003)仅仅是芯片给SPI的一个命令，给完芯片继续执行下一条指令，自己的程序没有考虑到SPI总线的数据缓冲器发送完16位数据所需要的时间，所以有可能没发送完就被CS_1()给断掉了。后续加入一个延时就可以了。

1.代码

//main.c

#include “system.h”
#include “gpioport.h”
#include “SysTick.h”
#include “spi.h”
#include “tlc5636.h”

int main(void)
{


   RCC_HSE_Config(RCC_PLLSource_HSE_Div2,RCC_PLLMul_2);//16MHz系统时钟
   SysTick_Init(8);//系统定时器初始化
   LED1_Init();//LED1初始化

   SPI2_Init();//初始化SPI2
   TLC5636_Init();//初始化DAC芯片

   while(1)
   {


       LED1 = 1;
       delay_s(1);//延时1s
       LED1 = 0;
       delay_s(1);
       TLC5636_Write16Bit(0x48ff);


   }

//tlc5636.h

#include “tlc5636.h”
#include “SysTick.h”
#include “gpioport.h”

void TLC5636_Init(void)
{


   CS_0();
   delay_us(10);

   while( SCLK != 0 );//SCLK为0退出
   FS_1();
   delay_us(20);
   FS_0();

   SPI2_WriteByte(0xD003);//配置DAC芯片
   while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);//等待发送区空
   delay_us(1000);
   CS_1();
   FS_1();



}

void TLC5636_Write16Bit(u16 data)

{

   CS_0();//CS拉低，开启DAC
delay_us(10);//延时10us

   while( SCLK != 0 );//判断SCLK为空闲状态
   FS_1();
   delay_us(20);
   FS_0();

   SPI2_WriteByte(data);//配置DAC芯片
   while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);//等待发送区空
   delay_us(1000);//SPI时钟周期为32us，16位数据移位完成最少512us，延时1000us
   CS_1();//CS拉高
   FS_1();//FS拉高



}

//tlc5636.c

#include “tlc5636.h”
#include “SysTick.h”
#include “gpioport.h”

void TLC5636_Write16Bit(u16 data)

{

   CS_0();//CS拉低，开启DA
delay_us(10);//延时10us

   while( SCLK != 0 );//判断SCLK为空闲状态
   FS_1();
   delay_us(20);
   FS_0();

   SPI2_WriteByte(data);//配置DAC芯片
   while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);//等待发送区空
   delay_us(1000);//SPI时钟周期为32us，16位数据移位完成最少512us，延时1000us
   CS_1();//CS拉高
   FS_1();//FS拉高



}

//spi.h

#ifndef _spi_H
#define _spi_H

#include “system.h”