AD5621（单通道缓冲电压输出DAC）芯片的详细用法
目录
一，硬件电路与接线
二、软件写入信号（基于 SPI 协议）
1. 数据帧格式
2. SPI 时序控制（图 2）
3. 异常处理
二、ESP32-PICO 软件模拟 SPI 控制 AD5621 代码
1.硬件接线
2.ESP32-PICO软件模拟SPI代码
一，硬件电路与接线
核心引脚定义与供电
| 引脚 | 名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| 1 | SYNC | 同步信号（低有效），下拉启动 SPI 通信，16 位数据传输后上升沿更新 DAC 寄存器 |
| 2 | SCLK | 串行时钟（最大 30MHz），数据在下降沿采样 |
| 3 | SDIN | 串行数据输入（16 位，MSB 优先），前 2 位为控制位（PD1/PD0），后 12 位为 DAC 码 |
| 4 | VDD | 电源（2.7V~5.5V），需就近并联 0.1μF 陶瓷电容（高频去耦）+10μF 钽电容（低频储能） |
| 5 | GND | 地，裸露焊盘（EP）必须直接接地以降低热阻 |
| 6 | VOUT | 轨到轨电压输出（0V~VDD），直接驱动负载（2kΩ+200pF 以内） |
供电设计：
单电源供电，VDD 建议通过 LC 滤波（如 10Ω+10μF）抑制噪声，避免与大电流模块共地；
基准电压直接取自 VDD，无需外部参考源，输出公式：VOUT=VDD×4096D(D=0∼4095)
二、软件写入信号（基于 SPI 协议）
1. 数据帧格式
控制位（前 2 位）：
| PD1 | PD0 | 模式 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 正常模式 | 输出缓冲激活，电流 75μA（5V 典型） |
| 0 | 1 | 掉电 1kΩ 接地 | 电流 0.2μA（3V 典型），用于快速恢复 |
| 1 | 0 | 掉电 100kΩ 接地 | 更低漏电流，适合高阻抗负载 |
| 1 | 1 | 三态（高阻） | 输出悬空，需外部上拉 / 下拉 |
数据位（后 12 位）：12 位 DAC 码（0x000~0xFFF），MSB 在前，补零至 16 位。
示例：输出 2.5V（VDD=5V），代码 \(D=2.5/5 \times 4096=2048\)，对应 16 位帧为 0b00_0000_0000_0000（控制位 00 + 0x0800），这里相当于做一个量程转换。
2. SPI 时序控制（图 2）
写操作步骤：
拉低 SYNC（t8≥20ns），启动传输；
在 SCLK 下降沿逐位发送 16 位数据（t5≥5ns 建立时间，t6≥4.5ns 保持时间）；
第 16 个下降沿后，拉高 SYNC，DAC 寄存器更新（t7=0ns）；
SYNC 高电平持续≥20ns，准备下次传输。
3. 异常处理
SYNC 中断：若传输中提前拉高 SYNC（t9≥13ns），当前数据被丢弃，避免无效更新；
掉电恢复：从掉电模式（如 1kΩ 接地）恢复需 13μs（5V），需在代码中加入延迟或状态标志。
二、ESP32-PICO 软件模拟 SPI 控制 AD5621 代码
1.硬件接线
| AD5621 引脚 | 功能 | ESP32-PICO GPIO（可自定义） | 说明（基于 AD5621.pdf 引脚定义） |
|---|---|---|---|
| SYNC | 同步信号（低有效） | GPIO2 | 拉低启动通信，16 位数据发送后拉高更新 DAC 输出 |
| SCLK | 串行时钟 | GPIO4 | 软件手动控制电平，空闲低（CPOL=0），下降沿采样数据 |
| SDIN | 串行数据输入 | GPIO5 | 软件输出数据位（MSB 优先），需与 SCLK 时序同步 |
| VDD | 电源 | 3.3V 或 5V | 符合文档 2.7V~5.5V 供电范围，需与代码VDD变量一致 |
| GND | 地 | GND | 必须共地，AD5621 裸露焊盘（EP）需同步接地 |
| VOUT | 模拟输出 | -（接负载 / 示波器） | 输出范围 0V~VDD，文档建议负载≤2kΩ（并联电容≤200pF） |
2.ESP32-PICO软件模拟SPI代码
#include <Arduino.h>// 1. 软件模拟SPI引脚定义（可根据实际接线修改）
const int AD5621_SYNC = 2; // SYNC引脚
const int AD5621_SCLK = 4; // SCLK引脚
const int AD5621_SDIN = 5; // SDIN引脚
const float VDD = 3.3; // AD5621供电电压（3.3V/5V，需与硬件一致）
// 正常模式控制码（AD5621.pdf图41：前2位控制位PD1=0、PD0=0，对应正常工作）
const uint16_t NORMAL_MODE = 0b00 << 14;// 2. 初始化软件SPI引脚
void AD5621_SPI_Init() {pinMode(AD5621_SYNC, OUTPUT);pinMode(AD5621_SCLK, OUTPUT);pinMode(AD5621_SDIN, OUTPUT);// 初始状态：SYNC拉高（禁止通信），SCLK拉低（空闲低，符合CPOL=0）digitalWrite(AD5621_SYNC, HIGH);digitalWrite(AD5621_SCLK, LOW);
}// 3. 软件模拟SPI发送16位数据（核心：AD5621.pdf时序要求——下降沿采样）
// 数据帧格式：2位控制位 + 12位DAC数据 + 2位忽略位（MSB优先）
void AD5621_SPI_Send16Bits(uint16_t data) {// 步骤1：拉低SYNC，启动通信（AD5621.pdf图2：SYNC低电平有效）digitalWrite(AD5621_SYNC, LOW);delayMicroseconds(1); // 确保SYNC低电平稳定（满足文档t8≥20ns）// 步骤2：逐位发送16位数据（MSB优先，从bit15到bit0）for (int i = 15; i >= 0; i--) {// ① 输出当前数据位到SDIN（先准备数据，满足文档t5≥5ns建立时间）uint8_t dataBit = (data >> i) & 0x01;digitalWrite(AD5621_SDIN, dataBit);delayMicroseconds(1); // 数据建立时间（远大于文档要求的5ns）// ② SCLK拉高（上升沿，AD5621不采样，符合CPHA=1）digitalWrite(AD5621_SCLK, HIGH);delayMicroseconds(1); // 满足文档t2≥5ns（SCLK高电平持续时间）// ③ SCLK拉低（下降沿，AD5621采样SDIN数据，核心时序）digitalWrite(AD5621_SCLK, LOW);delayMicroseconds(1); // 满足文档t3≥5ns（SCLK低电平持续时间）}// 步骤3：拉高SYNC，更新DAC输出（AD5621.pdf第14章：SYNC拉高触发更新）digitalWrite(AD5621_SYNC, HIGH);delayMicroseconds(1); // 确保更新完成
}// 4. 计算DAC数据并发送（基于AD5621.pdf输出电压公式：Vout = VDD × D/4096）
void AD5621_SetVoltage(float targetVoltage) {uint16_t dacCode;// 电压范围保护（避免超出AD5621 0V~VDD输出范围）if (targetVoltage < 0.0) {dacCode = 0;} else if (targetVoltage > VDD) {dacCode = 4095; // 12位DAC最大数据（全1码）} else {dacCode = (uint16_t)(targetVoltage / VDD * 4096);}// 构建16位数据帧（控制位2位 + DAC数据12位 + 忽略位2位）uint16_t dataFrame = NORMAL_MODE | (dacCode << 2);// 发送数据帧AD5621_SPI_Send16Bits(dataFrame);// 串口调试（可选，验证数据）Serial.print("DAC代码：");Serial.print(dacCode);Serial.print(" | 目标电压：");Serial.print(targetVoltage);Serial.print("V | 实际输出：");Serial.print((float)dacCode / 4096 * VDD, 3);Serial.println("V");
}// 5. 初始化与主循环
void setup() {Serial.begin(115200); // 串口调试（波特率115200）AD5621_SPI_Init(); // 初始化软件SPISerial.println("AD5621软件SPI初始化完成，开始输出电压...");
}void loop() {// 循环输出不同电压（每隔2秒切换，可根据需求修改）AD5621_SetVoltage(0.0); // 输出0Vdelay(2000);AD5621_SetVoltage(1.0); // 输出1Vdelay(2000);AD5621_SetVoltage(2.0); // 输出2Vdelay(2000);AD5621_SetVoltage(VDD); // 输出最大电压（与VDD一致）delay(2000);
}1. 软件模拟 SPI 时序
AD5621.pdf 要求 SPI 时序为CPOL=0（SCLK 空闲低）、CPHA=1（下降沿采样），代码中通过以下步骤实现：
SCLK 初始状态：AD5621_SPI_Init()中设置digitalWrite(AD5621_SCLK, LOW)，符合 “空闲低” 要求；
数据采样边沿：每发送 1 位数据时，先将数据位输出到 SDIN（准备数据），再拉高 SCLK（上升沿，不采样），最后拉低 SCLK（下降沿，AD5621 采样数据），完全匹配文档图 2 时序；
时序参数满足：delayMicroseconds(1)（1 微秒 = 1000 纳秒）远大于文档要求的 “建立时间 t5≥5ns”“SCLK 高电平 t2≥5ns”“SCLK 低电平 t3≥5ns”，确保时序稳定。
2. 数据帧格式
AD5621.pdf 图 41 明确 16 位输入寄存器格式为 “2 位控制位 + 12 位 DAC 数据 + 2 位忽略位”：
控制位：NORMAL_MODE = 0b00 << 14（对应正常工作模式，禁止掉电）；
DAC 数据：12 位dacCode左移 2 位，填充 “忽略位”，确保数据对齐寄存器；
示例：目标电压 1.65V（VDD=3.3V），dacCode=2048（0x800），数据帧 = 0b00_100000000000_00（0x8000），完全符合文档格式。