在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，我們經(jīng)常會(huì)遇到數(shù)模轉(zhuǎn)換的應(yīng)用需求。在本篇種我們就來討論一下MCP4725單通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1、功能概述

??MCP4725是一個(gè)低功耗，高精度，單通道，12位緩沖電壓輸出數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)與非易失性存儲(chǔ)器(EEPROM)。它的板載精度輸出放大器允許它實(shí)現(xiàn)軌到軌模擬輸出擺動(dòng)。

??DAC輸入和配置數(shù)據(jù)可以被編程到非易失性存儲(chǔ)器(EEPROM)由用戶使用I2C接口命令。非易失性存儲(chǔ)器特性使DAC設(shè)備能夠在斷電時(shí)保存DAC輸入代碼，并且在通電后立即提供DAC輸出。當(dāng)DAC設(shè)備被用作網(wǎng)絡(luò)中其他設(shè)備的支持設(shè)備時(shí)，這個(gè)特性非常有用。MCP4725的引腳定義及排布如下：

??MCP4725有一個(gè)外部A0地址位選擇引腳。這個(gè)A0引腳可以綁定到用戶應(yīng)用PCB板的VDD或VSS上。這個(gè)引腳被用戶用來選擇A0地址位。用戶可以將這個(gè)引腳綁定到VSS(邏輯' 0 ')，或VDD(邏輯' 1 ')，或可以由數(shù)字邏輯級(jí)別主動(dòng)驅(qū)動(dòng)，如I2C主輸出。

??MCP4725的地址字節(jié)由兩個(gè)部分組成，第一部分為4位設(shè)備代碼，固定設(shè)置為1100的，設(shè)備代碼后面是三位為地址位(A2, A1, A0)，如下圖所示：

??A2和A1位的選擇可由客戶提供，作為訂購過程的一部分。兩位在出廠前設(shè)定好，如果客戶沒有特別要求的話，A2和A1會(huì)默認(rèn)編程為“00”。而A0位則由A0引腳的邏輯狀態(tài)決定。

??MCP4725設(shè)備包括一個(gè)上電復(fù)位(POR)電路，以確保可靠的上電，以及一個(gè)用于EEPROM編程電壓的板載電荷泵。DAC引用是直接從VDD驅(qū)動(dòng)的。在down模式下，輸出放大器可以配置為已知的低、中或高阻輸出負(fù)載，如下圖。

??MCP472的寫命令用于將配置位和DAC輸入碼加載到DAC寄存器，或?qū)懭朐O(shè)備的EEPROM。寫命令類型由三個(gè)寫命令類型位(C2、C1、C0)定義。寫命令類型及其作用如下表所示。

2、驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

??在前一節(jié)中，我們梳理了MCP4725單通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器的基本技術(shù)參數(shù)。在這一節(jié)中，我們將依據(jù)這些技術(shù)參數(shù)來設(shè)計(jì)MCP4725單通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動(dòng)程序。我們依然是基于對(duì)象的思想來實(shí)現(xiàn)之。

2.1、對(duì)象定義

??我們基于對(duì)象來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序，所以我們就需要先得到對(duì)象，在這里我們首先將抽象出MCP4725單通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器的對(duì)象類型。一版來說，對(duì)象皆包含屬性與操作兩個(gè)方面的內(nèi)容。在抽象對(duì)象類型的過程中，我們需要分析MCP4725單通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器都有哪些屬性和操作。

??我們先來分析MCP4725單通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器的對(duì)象的屬性。每一臺(tái)I2C從設(shè)備都有一個(gè)設(shè)備地址，這個(gè)地址實(shí)際上標(biāo)識(shí)了總線上設(shè)備的身份，MCP4725亦如此，所以我們將設(shè)備地址作為對(duì)象的一個(gè)屬性。對(duì)于MCP4725單通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器，有一個(gè)掉電處理模式是需要配置的，為了掌握其配置狀態(tài)我們將其作為對(duì)象的一個(gè)屬性記錄下來。

??接下來分析MCP4725單通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器的對(duì)象的操作。MCP4725單通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器的基本操作無非就是讀寫數(shù)據(jù)，而要實(shí)現(xiàn)讀和寫則依賴于具體的軟硬件平臺(tái)，所以我們將讀和寫MCP4725單通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器都作為對(duì)象的操作來實(shí)現(xiàn)。

??根據(jù)上述關(guān)于MCP4725單通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器對(duì)象屬性和操作的分析，我們可以抽象得到其對(duì)象類型如下：

/*定義MCP4725對(duì)象類型*/
typedef struct Mcp4725Object {
    uint8_t devAddress;
    Mcp4725PDModeType pdMode;
    void (*Write)(struct Mcp4725Object *mcp,uint8_t *wData, uint16_t wSize);
    void (*Read)(struct Mcp4725Object *mcp,uint8_t *rData, uint16_t rSize);
}Mcp4725ObjectType;

??抽象了對(duì)象類型后就可聲明對(duì)象變量，可是這個(gè)對(duì)象變量必須作必要的初始化才能使用。所以我們需要一個(gè)初始化函數(shù)來對(duì)其進(jìn)行初始化。在此函數(shù)中，我們將檢測(cè)變量的有效性和初始狀態(tài)賦值，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行必要的配置。根據(jù)這些要求我們?cè)O(shè)計(jì)MCP4725單通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器的對(duì)象初始化函數(shù)如下：

/*MCP4725初始化配置*/
void Mcp4725Initialization(Mcp4725ObjectType *mcp,  //MCP4725對(duì)象變量
                       uint8_t slaveAddress,    //從站設(shè)備的地址
                       Mcp4725PDModeType pdMode,//掉電操作模式
                       Mcp4725Write write,      //寫數(shù)據(jù)函數(shù)指針
                        Mcp4725Read read         //讀數(shù)據(jù)函數(shù)指針
                        )
{
    if((mcp==NULL)||(write==NULL)||(read==NULL))
    {
        return;
    }

    mcp->Write=write;
    mcp->Read=read;

    if((slaveAddress==0x60)||(slaveAddress==0x61))
    {
        mcp->devAddress=(slaveAddress<<1);
    }
    else if((slaveAddress==0xC0)||(slaveAddress==0xC2))
    {
        mcp->devAddress=slaveAddress;
    }
    else
    {
        mcp->devAddress=0x00;
    }

    mcp->pdMode=pdMode;

}

2.2、對(duì)象操作

??有了對(duì)象變量，也完成了初始化，那么我們就可以用其來操作MCP4725單通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器了。所以我們來看看實(shí)現(xiàn)對(duì)MCP4725單通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器的讀寫操作。

首先我們來看看寫MCP4725單通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器的實(shí)現(xiàn)。寫MCP4725單通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器有兩種模式：快速模式和正常模式。快速模式就是將命令與數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，這要只需發(fā)送三個(gè)字節(jié)就可完成寫數(shù)據(jù)的過程。具體的操作時(shí)序如下：

??而正常模式則是命令是單獨(dú)的字節(jié)，數(shù)據(jù)是另外的2個(gè)字節(jié)，所以正常模式一次發(fā)送4個(gè)字節(jié)才能完成寫的過程。正常模式可以操作寄存器也可操作EEPROM，這一點(diǎn)與快速模式是不一樣的。具體的操作時(shí)序如下：

??根據(jù)前面的描述和時(shí)序圖，我們可以設(shè)計(jì)寫MCP4725單通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器的函數(shù)。下面的函數(shù)可以快速模式和普通模式，有命令類型來決定最終的操作方式。

/*設(shè)置MCP4725輸出*/
void Mcp4725SetDatas(Mcp4725ObjectType *mcp,Mcp4725CommandType cmd,uint16_t data)
{
    uint8_t wData[3];
    uint8_t pdMode=0;
    uint16_t wSize=0;
    uint8_t command[]={Fast_Mode,Write_DAC_Register,Write_DAC_Register_EEPROM};

    pdMode=(uint8_t)(mcp->pdMode);

    if(cmd==Mcp4725_Fast_Mode)  //快速模式
    {
        wData[1]=(uint8_t)data;
        wData[0]=(uint8_t)(data>>8);
        wData[0]=wData[0]|command[cmd];
        wData[0]=wData[0]|(pdMode<<4);
        wSize=2;
    }
    else    //普通模式
    {
        wData[0]=command[cmd];
        wData[0]=wData[0]|(pdMode<<1);
        wData[1]=(uint8_t)(data>>4);
        wData[2]=(uint8_t)(data<<4);
        wSize=3;
    }

    mcp->Write(mcp,wData,wSize);
}

??MCP4725單通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器不斷可以寫數(shù)據(jù)也可以讀數(shù)據(jù)。讀回來的數(shù)據(jù)包括狀態(tài)命令字、DAC寄存器數(shù)據(jù)以及EEPROM數(shù)據(jù)，總共是5個(gè)字節(jié)。具體的操作時(shí)序如下：

??根據(jù)前速的分析以及時(shí)序圖，我們可以簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)讀操作如下：

/*讀取MCP4725數(shù)據(jù)*/
void Mcp4725GetDatas(Mcp4725ObjectType *mcp,uint8_t *rData)
{
    mcp->Read(mcp,rData,5);
}

3、驅(qū)動(dòng)的使用

??我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了MCP4725單通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動(dòng)程序。我們還需要將這一驅(qū)動(dòng)程序?qū)嶋H應(yīng)用一下以確認(rèn)驅(qū)動(dòng)程序的正確性。

3.1、聲明并初始化對(duì)象

??同樣，我們先聲明一個(gè)MCP4725單通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器對(duì)象變量。前面我們已經(jīng)抽象了對(duì)象類型，使用MCP4725單通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器對(duì)象類型聲明如下：

Mcp4725ObjectType mcp4725;

??對(duì)于這個(gè)對(duì)象變量，我們還需要使用Mcp4725Initialization函數(shù)對(duì)它進(jìn)行初始化才能使用。這個(gè)初始化函數(shù)有多個(gè)輸入?yún)?shù)：

Mcp4725ObjectType *mcp,  //MCP4725對(duì)象變量
uint8_t slaveAddress,    //從站設(shè)備的地址
Mcp4725PDModeType pdMode,//掉電操作模式
Mcp4725Write write,      //寫數(shù)據(jù)函數(shù)指針
Mcp4725Read read         //讀數(shù)據(jù)函數(shù)指針

??這些參數(shù)中，第一個(gè)參數(shù)是我們要初始化的對(duì)象變量，已經(jīng)在前面聲明了。slaveAddress是指MCP4725單通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器的設(shè)備地址。掉電操作模式是枚舉類型，根據(jù)使用需要選擇就可以了。最后兩個(gè)讀寫操作函數(shù)指針則需要我們實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的函數(shù)。這兩個(gè)函數(shù)的原型定義如下：

typedef void (*Mcp4725Write)(struct Mcp4725Object *mcp,uint8_t *wData, uint16_t wSize);
typedef void (*Mcp4725Read)(struct Mcp4725Object *mcp,uint8_t *rData, uint16_t rSize);

??讀寫操作函數(shù)的實(shí)現(xiàn)與具體的軟硬件平臺(tái)是相關(guān)的，這里我們實(shí)現(xiàn)STM32F103硬件平臺(tái)和HAL庫的對(duì)應(yīng)函數(shù)：

/*通過I2C1端口寫MCP4725*/
static void BmcbMcp4725Write(struct Mcp4725Object *mcp,uint8_t *wData, uint16_t wSize)
{
    HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1,mcp->devAddress,wData,wSize,1000);
}

/*通過I2C1端口讀MCP4725*/
static void BmcbMcp4725Read(struct Mcp4725Object *mcp,uint8_t *rData, uint16_t rSize)
{
    HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1,mcp->devAddress,rData,rSize,1000);
}
有了這些參數(shù)后，我們就可以使用這些參數(shù)來初始化MCP4725單通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器的對(duì)象變量了。
Mcp4725Initialization(&mcp4725,         //MCP4725對(duì)象變量
                          0xC0,             //從站設(shè)備的地址
                          MCP4725_Normal,   //掉電操作模式
                          BmcbMcp4725Write, //寫數(shù)據(jù)函數(shù)指針
                          BmcbMcp4725Read   //讀數(shù)據(jù)函數(shù)指針
                               );

3.2、基于對(duì)象進(jìn)行操作

??關(guān)于對(duì)象的應(yīng)用這塊，我們將實(shí)際工程中的應(yīng)用代碼節(jié)選過來。具體很簡(jiǎn)單就是計(jì)算當(dāng)前應(yīng)該下發(fā)的數(shù)字編碼并將其下發(fā)給MCP4725單通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器就可以了。

uint16_t code=0;
code=(uint16_t)((aPara.phyPara.presControl/100.0)*4095.0);
Mcp4725SetDatas(&mcp4725,Mcp4725_Write_DAC,code);

4、應(yīng)用總結(jié)

??我們?cè)O(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了MCP4725單通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動(dòng)程序，而且將其運(yùn)用到了實(shí)際的工程當(dāng)中，使用情況符合我們的預(yù)期。

源碼下載：https://github.com/foxclever/ExPeriphDriver