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兰沾吕
5 years ago
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1 电子世界杂志串行 A/D 转换器 TLC1543 及其应用严天峰 TLC1543 是美国 TI 公司生产的多通道低价格的模数转换器采用串行通信接口, 具有输入通道多性价比高易于和单片机接口的特点, 可广泛应用于各种数据采集系统 TLC1543 为 20 脚 DIP 封装的 CMOS 10 位开关电容逐次 A/D 逼近模数转换器, 引脚排列如图 1 所示其中 A0~A10(1~ 脚 ) 为 11 个模拟输入端,REF+(14 脚, 通常为 VCC) 和 REF-(13 脚, 通常为地 ) 为基准电压正负端,CS(15 脚 ) 为片选端, 在 CS 端的一个下降沿变化将复位内部计数器并控制和使能 ADDRESS I/O CLOCK(18 脚 ) 和 DATA OUT(16 脚 ) ADDRESS(17 脚 ) 为串行数据输入端, 是一个 4 位的串行地址用来选择下一个即将被转换的模拟输入或测试电压 DATA OUT 为 A/D 转换结束 3 态串行输出端, 它与微处理器或外围的串行口通信, 可对数据长度和格式灵活编程 I/O CLOCK 为数据输入 / 输出提供同步时钟, 系统时钟由片内产生芯片内部有一个 14 通道多路选择器, 可选择 11 个模拟输入通道或 3 个内部自测电压中的任意一个进行测试片内设有采样 - 保持电路, 在转换结束时,EOC(19 脚 ) 输出端变高表明转换完成内部转换器具有高速 (10μS 转换时间 ), 高精度 (10 位分辨率, 最大 ±1LSB 不可调整误差 ) 和低噪声的特点 1.TLC1543 的工作时序 TLC1543 工作时序如图 2 所示, 其工作过程分为两个周期 : 访问周期和采样周期工作状态由 CS 使能或禁止, 工作时 CS 必须置低电平 CS 为高电平时,I/O CLOCK ADDRESS 被禁止, 同时 DATA OUT 为高阻状态当 CPU 使 CS 变低时,TLC1543 开始数据转换,I/O CLOCK ADDRESS 使能,DATA OUT 脱离高阻状态随后,CPU 向 ADDRESS 端提供 4 位通道地址, 控制 14 个模拟通道选择器从 11 个外部模拟输入和 3 个内部自测电压中选通 1 路送到采样保持电路同时,I/O CLOCK 端输入时钟时序,CPU 从 DATA OUT 端接收前一次 A/D 转换结果 I/O CLOCK 从 CPU 接受 10 个时钟长度的时钟序列前 4 个时钟用 4 位地址从 ADDRESS 端装载地址寄存器, 选择所需的模拟通道, 后 6 个时钟对模拟输入的采样提供控制时序模拟输入的采样起始于第 4 个 I/O 1

2 CLOCK 的下降沿, 而采样一直持续 6 个 I/O CLOCK 周期, 并一直保持到第 10 个 I/O CLOCK 的下降沿转换过程中,CS 的下降沿使 DATA OUT 引脚脱离高阻状态并起动一次 I/O CLOCK 的工作过程 CS 的上升沿终止这个过程并在规定的延迟时间内使 DATA OUT 引脚返回到高阻状态, 经过两个系统时钟周期后禁止 I/O CLOCK 和 ADDRESS 端 2. 软硬件设计要点 TLC1543 的三个控制输入端 CS I/O CLOCK ADDRESS 和一个数据输出端 DATA OUT 遵循串行外设接口 SPI 协议, 要求微处理器具有 SPI 接口但大多数单片机均未内置 SPI 接口 ( 如目前国内广泛采用的 MCS51 和 PIC 系列单片机 ), 需通过软件模拟 SPI 协议以便和 TLC1543 接口 TLC1543 芯片的三个输入端和一个输出端与 51 系列单片机的 I/O 口可直接连接, 具体连接方式可参见图 3 软件设计中, 应注意区分 TLC1543 的 11 个模拟输入通道和 3 个内部测试电压地址附表为模拟通道和内部电压测试地址程序软件编写应注意 TLC1543 通道地址必须为写入字节的高四位, 而 CPU 读入的数据是芯片上次 A/D 转换完成的数据在本文后附的程序中对此有详细的说明模拟输入通道选择输入寄存器地址 (2 进制 ) A A A A A A A A A A A 附内部测试电压选择输入地址输出结果 (16 进制 ) (Vref + + Vref - )/2 _ Vref Vref ff 注 :Vref + 为加到 TLC1543 REF+ 端的电压,Vref - 是加到 REF - 端的电压 2

3 3.TLC1543 的应用图 3 为 TLC1543 在一个通信电源数据采集系统中的实际应用此例中的 TLC1543 主要用于完成 8 组 -48V 直流电源 2 组 220V 交流电源和 1 组温度参数的采样采样数据由 89C51 单片机通过 RS232 标准串口送给后台 PC 机进行处理各单元的功能介绍如下 : 看门狗和 E 2 PROM 存储器图 3 中的 X25045(IC4) 是一种新型的看门狗和 E 2 PROM 存储芯片, 它将电压监控看门狗定时器和 E 2 PROM 三种功能组合在单个芯片之内 X25045 还为 89C51 提供上电复位, 当程序紊乱或电压失常时启动内部的看门狗电路以强制单片机复位, 使程序从头开始执行 X25045 还内置 512 字节 E 2 PROM 存储单元, 可随时保存各种重要数据, 如 A/D 采样结果等, 这使系统掉电后重要数据仍然不会丢失串行显示驱动器 PS7219 PS7219(IC2) 是多功能 8 位 LED 显示驱动芯片接口采用三线 SPI 方式, 用户只需简单修改内部相关的控制字, 便可以实现多位 LED 显示图 3 中的 PS7219 主要用来显示设置参数, 如显示通信速率参数等 PC 机通信接口电路 MAX232(IC3) 为标准 RS232 接口转换芯片, 主要完成 TTL 至 RS232 电平的转换, 为单片机和 PC 机通信提供通路在整个数据采集系统中,PC 机除了处理各种采样数据外, 还负责对前台单片机系统进行管理, 如故障诊断, 参数设置等等参数设置的其中一项为系统通信速率设置, 管理人员可通过 PC 机任意设置单片机和 PC 机的通信速率, 其设置参数保存在 X25045 的 E 2 PROM 存储单元中, 在下次设置之前, 该参数不会被更改本例为单个采集系统的应用实例, 实际应用中往往存在多系统并存的情况, 这时可将 MAX232 更换为 MAX485 接口芯片, 采用 485 总线标准, 通过一台 PC 机可在几千米范围内管理数十台前端机极性转换电路鉴于目前国内采用的通信电源均为负电压, 而 TLC1543 模拟通道输入只能为正电压, 因此 -48 直流电压在送到 A/D 转换器前除了要分压外, 还需将负电压转换为正电压图 4 为一种简单的极性转换电路, 仅增加两个电阻便可完成负电压到正电压的转换, 省去了复杂的极性转换芯片图 4 中当输入电压为 0V 时,TLC1543 A0 端电压为 2.5V; 当输入电压为 3

4 -5V 时,A0 端电压为 0V 通过电阻 R1 R2 的简单分压便完成了输入通道的负电压到正电压的极性转换 TLC1543 与 89C51 接口程序 TLC1543 与 89C51 接口程序应完全依照 TLC1543 的工作时序编写, 主要由 CONVETER 子程序组成由于转换完成的数据为 10 位, 软件编写时将数据的高位字节存放在 2EH 单元中, 低位字节存放在 2FH 单元中其中 R4 R3 寄存器分别存放 TLC1543 的通道地址和数量 ;R1 R2 寄存器存放 A/D 转换结果本例程序中 89C51 晶振为 MHz 其程序清单如下 : CLK EQU P1.4 ADDR EQU P1.5 DATA1 EQU P1.6 CS EQU P1.7 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0100H MAIN:MOV SP,#60H MOV A,#0FFH MOV R4,#00h ; A/D 通道地址初值, 即 A0 通道 MOV R5,#15 ; 采样的通道总数, 因 A/D 转换为上次数据, 故设置 15 个 MOV R0,#30H ; 采样数据存放地址 MOV R1,#31H ; REPEAT:MOV P1,#04h CLR CLK ; I/O CLOCK 置低 SETB CS ; CS 置高 SETB DATA1 MOV A,#0FFH LCALL CONVTER ; 调用转换子程序 ; 转换后数据存放在以 R0 R1 间接寻址的寄存器中 MOV A,R4 ; 通道地址加 1, 请注意是高 4 位加 1 ADD A,#10H XCH A,R4 INC R0 ; 数据寄存器同时加 2 INC R0 INC R1 INC R1 LCALL DELAY ; 调延时子程序 DJNZ R5,REPEAT ; 所有通道转换结束后, 循环等待 ; 否则转 REPEAT 继续执行 AJMP $ ; TL1543 转换子程序,MSB 在先 CONVTER:PUSH ACC CLR CS MOV A,R4 MOV R3,#8 LOOP: MOV C,data1 RLC A MOV ADDR,C SETB CLK ; 一个 I/O CLOCK 时钟 4

5 CLR CLK DJNZ R3,LOOP MOV C,DATA1 MOV B.1,C ; 数据第 9 位存放到 B.1 SETB CLK CLR CLK MOV C,DATA1 MOV B.0,C ; 数据第 10 位存放到 B.0 SETB CLK CLR CLK CLR DATA1 ; 采样数据低位存放到 2fh 单元 RL A RL A MOV C,ACC.1 MOV B.2,C MOV C,ACC.0 MOV B.3,C MOV C,B.1 MOV ACC.1,C MOV C,B.0 MOV ACC.0,C MOV 2fh,A ; ; 采样数据高位存放到 2eh 单元 MOV C,B.2 MOV B.1,C MOV C,B.3 MOV B.0,C ANL B,# B MOV 2eh,B POP ACC RET ; 延时子程序 DELAY:MOV 51h,#200 DELAY1:DJNZ 51h,DELAY1 RET END 由 TLC1543 构成的上述通信电源数据采集系统做为一个大型数据监控系统的分系统已成功地应用在某通信领域, 实践证明, 该系统具有采样精度高转换速度快的特点, 具有较高的性价比, 可广泛适用于各种数据采集领域小知识 SPI(Serial Peripheral Interface) 总线是由美国 Motorola 公司发明的一种串行总线技术, 采用三线串行通讯接口, 可实现芯片间的串行数据传输采用 SPI 总线的单片机我们并不少见, 如 8031 就是通过接收 (RXD) 发送 (TXD) 以及公共端 (GND) 实现数据的串行传送随着单片机在各种电子产品中的广泛应用, 各种专用的单片机不断问世, 由于制造成本等原因, 它们的外围接口电路都比较简单, 比如许多四位单片机都没有并行外部总线接口, 普遍都只有 SPI 总线接口因此这类单片机在外围器件的选择以及与其它单片机构成多机系统等方面受到较大限制 I 2 C 总线正是为解决这一矛盾推出的 5

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DPJJX1.DOC

DPJJX1.DOC 8051 111 2K 1 2 3 ' ' 1 CPU RAM ROM / A/D D/A PC CPU 40 68 10 20 8 51 PIII 8051 2 MCS51 8051 8031 89C51 8051 8031 89C51? MCS51 INTEL INTEL 8031 8051 8751 8032 8052 8752 8051 8051 8051 MCS51 8031 8031