DAC7714在嵌入式激光跟蹤儀中的應用

呂志剛，王 鵬

（西安工業大學 陜西 西安 710032）

設備驅動程序在Linux內核中占有極其重要的位置，在一個嵌入式系統中，除了CPU、內存以及其他很少的幾個部件以外，所有的設備控制操作都必須由驅動程序來完成[1-2]。系統設計者必須為系統中的每個外設開發相應的驅動程序，否則設備無法在Linux下正常工作。

在基于AT91RM9200處理器的某嵌入式激光跟蹤儀中，為了實現目標的快速、平穩跟蹤，需要控制兩路電機，即：方位電機、俯仰電機。其原理如下：通過不斷讀取兩路角度編碼器的數據，計算出兩路電機實際角度與期望角度的偏差，利用反饋控制的原理，驅動兩路電機跟蹤目標。兩路電機的控制電壓為5V時，電機停止不動；控制電壓為0V時，電機以最大速度順時針旋轉；控制電壓為10V時，電機以最大速度逆時針旋轉。

根據上述控制要求，選擇4通道12位的串行DA轉換器——DAC7714轉換器作為兩路電機的控制驅動芯片。該芯片在嵌入式Linux系統下驅動程序的優劣，將直接決定整個儀器的跟蹤效果，也是嵌入式開發的需要解決的基本問題之一。

1 概 述

DAC7714是美國TI公司推出的一款4通道12位串行輸入、電壓輸出型DA轉換器。其供電電壓為±15 V，可以實現輸出自動保持，采用此串口芯片除了具有節省單片機資源的優點外，還具有同時輸出多路0～10 V（參考電壓為+10 V和0 V），特別適用于MCU資源緊缺而控制通道比較多的場合[3]。

DAC7714性能特點：

1）12位分辨率，串行接口；

2）功耗僅為250 mW；

3）4個模擬輸出通道，電壓輸出；

4）線性誤差±1LSB；

5） 支持單極性（0～10 V）或雙極性（-10 V～+10 V）輸出；

6）自動輸出保持；

7）復位信號可選，不同復位方式具有不同初始值。

2 硬件設計

嵌入式激光跟蹤儀硬件比較復雜，這里進介紹與電機驅動相關的DAC7714與AT91RM9200的硬件連接部分。由于實際使用時的電機功率較大，需要在DAC7714的兩路輸出再加一級驅動電路才能真正驅動電機。

2.1 DAC7714引腳及功能

DAC7714為SOJ16封裝，具體引腳及功能介紹如下：

VOUTA～VOUTD：4 個模擬量輸出

CS：片選端，低電平有效

CLK：串行數據時鐘端

VCC：正電源，通常為+15 V

VSS：負電源，通常為0或-15 V

GND：地

VREFL：模擬輸出電壓參考（下限）

VREFH：模擬輸出電壓參考（上限）

SDI：串行數據輸入

LOADDACS：轉換結束判斷位

RESET和RESETSEL：芯片復位設置位

2.2 DAC7714硬件設計

DAC7714硬件設計比較簡單，其可編程引腳RESET、LOADDACS 、CS 、CLK、SDI分 別 與 AT91RM9200的 IO 口PA0-PA1、PA3-PA5連接，為下一步驅動程序開發打下基礎；其 VOUTA、VOUTB接兩路電機的控制信號；VREFL接地，VREFH接+10 V，使用單極性接法。其具體連接如圖1所示。

圖1 DAC7714硬件設計Fig.1 Hardware design for DAC7714

3 驅動程序設計

驅動程序的目的是驅動硬件正常工作，所以編寫驅動程序要針對特定的硬件來進行[4]。在嵌入式激光跟蹤儀中，需要編寫DAC7714的驅動程序，內核將以設備節點的形式調用、管理該芯片。DAC7714屬于串行DA轉換器，需要根據其工作時序圖，控制AT91RM9200的上述引腳，模擬其工作時序，在內核Linux-2.4.19中完成驅動程序的設計。

3.1 DAC7714工作時序圖

DAC7714完成一次數模轉換，需要在CS為低電平期間，在CLK的上升沿，串行輸出16位數據到SDI[5]。16位數據中，前兩位A1和A0的組合將決定對某一通道進行轉換輸出（00-A通道、01-B通道、10-C通道、11-D通道），接下來兩位為無效位，最后的12位數據即真正需要轉換的數據。其工作時序圖如圖2所示。

圖2 DAC7714工作時序Fig.2 DAC7714 timing

3.2 驅動程序組成

DAC7714驅動程序作為設備文件，同樣分為open、write、release等幾個操作[6]。對于內核來說，DAC7714屬于字符型設備，并為該設備命名為Name[]=“DAC7714drv”。該模塊在使用時采用insmod命令進行動態加載，使用rmmod命令進行動態卸載。DAC7714驅動程序主要由注冊函數、注銷函數、初始化函數、DA輸出函數構成。

用戶在使用insmod命令加載模塊時，實際調用的是以下注冊函數：

應用程序中使用open函數打開DAC7714設備時，實際調用以下函數完成對控制器相應引腳的初始化操作（以PA0連接RESET為例介紹）：

應用程序使用write函數操作DAC7714時，實際調用如下函數對其輸出進行控制：

在DAC7714_write函數中，控制AT91RM9200的PA0-PA5引腳電平，模擬圖2的時序完成DA輸出，其流程圖3所示。

圖3 DAC7714工作流程圖Fig.3 Flow chart of DAC7714

4 測試程序設計

在測試程序中，實現對DAC7714的4路輸出分別進行測試。測試方法是，對于指定的數字量，通過萬用表或示波器測量DAC7714相應通道的電壓輸出值，若該值與理論值一致，則表明驅動程序正確。

首先調用open函數打開DAC7714設備，然后控制數字量從0依次加1，并結合通道號生成DAC7714所能識別的控制數字量，然后調用write函數控制輸出，當控制數字量達到最大值時，切換下一通道。測試程序主要代碼如下。

5 結 論

文中給出了DAC7714硬件設計方案，在AT91RM9200+嵌入式Linux環境下，詳細介紹了基于其驅動程序和測試程序的設計方法，揭示了嵌入式[7]開發的一般規律。在實際測試過程中，將4路通道的實際輸出電壓與理論電壓進行了比較，誤差最大為0.1%，完全能夠滿足激光跟蹤的要求。

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