A D芯片 T L C 2 5 4 3 與 5 1 系列單片機(jī) 的接口設(shè) 計(jì)

ID:97373 · 發(fā)表于 2015-11-27 17:02

A D芯片 T L C 2 5 4 3 與 5 1 系列單片機(jī) 的接口設(shè) 計(jì)
在單片機(jī) 開(kāi)發(fā)中，很多都要涉及到將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，因此使用 A D C的場(chǎng)合很多．選
擇一款合適的 A D C芯片就顯得尤為重要．由于 5 1 單片 6 『 L 往：，莊要控制比較多的 I ／ O口，因此使
用并行 A D C會(huì)限制系統(tǒng) L ／ O口功能的擴(kuò)展，采用串行 A D C比較適合那些低速采樣而控制管腳
又比較多的系統(tǒng) ．
T L C 2 5 4 3 是有 l 1 個(gè)輸入端的 1 2 b i t 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具：有轉(zhuǎn)換快、穩(wěn)定性好、與微處理器接口簡(jiǎn)
單、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)．由于它帶有串行外設(shè)接口( S P I ) ，而 5 1 系列單片機(jī)沒(méi)有 S P I ，因此研究它與單
片機(jī) 的接口非常有意義．
1 T L C 2 5 4 3的特點(diǎn)及引腳
T L C 2 5 4 3 是 1 2 b i t 串行 A ／ D轉(zhuǎn)換器，使用開(kāi)關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成， A ／ D轉(zhuǎn)換過(guò)程．由于
是串行輸入結(jié)構(gòu) ，能夠節(jié)省 5 1 系列單片機(jī) 的 I ／ O資源．其特點(diǎn)有：
1 )1 2 b i t 分辨率 A ／ D轉(zhuǎn)換器；
2 )在工作溫度范圍內(nèi) 1 0  s 轉(zhuǎn)換時(shí)間；
3 )1 1 個(gè)模擬輸入通道；
4 ) 3路內(nèi)置自測(cè)試方式；
5 )采樣率為 6 6 k b ／ s ；
6 )線性誤差 + 1 L S B ( m a x ) ；
7 )有轉(zhuǎn)換結(jié)束( E O C ) 輸出；
8 )具有單、雙極性輸出；
9 )可編程的 M S B或 L S B前導(dǎo) ；
1 0 )可編程的輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度．
T L C 2 5 4 3的引腳排列如圖 1 所示．
收稿日期： 2 0 0 5 - 0 8 - 3 1
作者簡(jiǎn) 介：夏益民( 1 9 8 0 一 ) ，女，助教，主要研究方向?yàn)榍度胧?系統(tǒng) 、高速數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)等．

第 3 期  夏益民，等： A D芯片 T L C 2 5 4 3 與 5 1 系列單片機(jī)的接 E l 設(shè) 計(jì)  1 1 9
圖 l中 A I N 0 一 A I N 1 0為模擬輸入端；／ C S 為片選端； D I N為串行數(shù)
據(jù)輸入端； D O U T為 A ／ D轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端； E O C為轉(zhuǎn)換結(jié)束
端； C L K為 I ／ O時(shí)鐘； R E F+ 為正基準(zhǔn) 電壓端； R E F一為負(fù)基準(zhǔn)電壓端；
V C C為電源； G N D為地．
2 T L C 2 5 4 3的使用方法
2 ． 1 控制字的格式
丁1 、 _ 廠
2 1 9
3 1 8
4 1 7
5 1 6
6 1 5
7 1 4
8 1 3
9 1 2
l O 1 1
圖 1 T L C 2 5 4 3 管腳圖
控制字為從 D A T E I N P U T端串行輸入的 8 b i t 數(shù) 據(jù)，它規(guī)定了
T L C 2 5 4 3 要轉(zhuǎn)換的模擬量通道、轉(zhuǎn)換后的輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度以及輸出數(shù)據(jù) 的格式．其中高 4 b i t ( D 7
～
D 4 ) 決定通道號(hào)，對(duì)于 O通道至 l O 通道，該 4 b i t 為 0 0 0 0— 1 0 1 0 H，當(dāng)為 1 0 1 l — l 1 0 1 時(shí)，用于對(duì)
T L C 2 5 4 3 的自檢，分別測(cè)試( + + ) ／ 2 、 “、的值，當(dāng)為 l l l O時(shí)， T L C 2 5 4 3 進(jìn)入休眠狀
態(tài)．低 4 b i t 決定輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度及格式，其中 D 3 、 D 2 決定輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度， O l 表示輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為
8 b i t ， l 1 表示輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為 l 6 b i t ，其他為 l 2 b i t ． D l 決定輸出數(shù)據(jù)是高位先送出，還是低位先
送出，為 0表示高位先送出． D O 決定輸出數(shù)據(jù)是單極性 ( 二進(jìn)制 ) 還是雙極性 ( 2的補(bǔ)碼 ) ，若為
單極性，該位為 O ，反之為 1 ．
2 ． 2 轉(zhuǎn) 換過(guò) 程
上電后，片選／ C S 必須從高到低，才能開(kāi)始一次工作周期，此時(shí) E O C 為高，輸人數(shù)據(jù)寄存器
被置為 O ，輸出數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容是隨機(jī)的．
開(kāi)始時(shí) ，片選／ C S 為高， I ／ 0 C L O C K 、 D A T A I N P U T被禁止， D A T A O U T呈高阻狀態(tài)， E O C為
高．使／ c s 變低， I ／ O C L O C K 、 D A T A I N P U T 使能， D A T A O U T 脫離高阻狀態(tài)． 1 2 個(gè)時(shí)鐘信號(hào)從
I ／ O C L O C K端依次加入，隨著時(shí)鐘信號(hào)的加入，控制字從 D A T A I N P U T 一位一位地在時(shí)鐘信號(hào)
的上升沿時(shí)被送人 T L C 2 5 4 3( 高位先送人) ，同時(shí)上一周期轉(zhuǎn)換的 A ／ D數(shù)據(jù) ，即輸出數(shù)據(jù)寄存
器中的數(shù)據(jù)從 D A T A O U T 一位一位地移出． T L C 2 5 4 3 收到第 4 個(gè)時(shí)鐘信號(hào)后，通道號(hào)也已收到，
此時(shí) T L C 2 5 4 3 開(kāi)始對(duì)選定通道的模擬量進(jìn)行采樣，并保持到第 l 2 個(gè)時(shí)鐘的下降沿．在第 l 2 個(gè)
時(shí)鐘下降沿， E O C變低，開(kāi)始對(duì)本次采樣的模擬量進(jìn)行 A ．／ D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間約需 l 0 ，轉(zhuǎn)換完
成后 E O C 變高，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)在輸出數(shù)據(jù)寄存器中，待下一個(gè)工作周期輸出．此后，可以進(jìn)行新的
工作周期．
對(duì) T L C 2 5 4 3的操作，關(guān)鍵是理清接口時(shí)序圖和寄存器的使用方式． T L C 2 5 4 3的接口時(shí)序圖
如圖 2 所示．
圖 2 是 T L C 2 5 4 3 在片選信號(hào)使能的前提下，使用 l 2 b i t 模式的接口時(shí)序圖．從圖中可看出，
在片選信號(hào)( ／ C S ) 有效的情況下，首先要根據(jù) A ／ D轉(zhuǎn)換的功能需要配置要輸入的數(shù)據(jù)．需要注
意的是，在讀數(shù)據(jù)的同時(shí) ， T L C 2 5 4 3 將上一次轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)輸出口伴隨輸入時(shí)鐘輸出．為了
提高 A ／ D采樣的速率，可以采用在設(shè)置本次采樣的同時(shí)，將上次 A D采樣的值讀出的辦法．
3 T L C 2 5 4 3與 8 9 C 5 1 單片機(jī)的接口示意圖與程序
8 9 C 5 1 單片機(jī)沒(méi)有 S P I 接口，為了與 T L C 2 5 4 3接口可以用軟件功能來(lái)實(shí)現(xiàn) S P I 接口，其硬
件接口如圖 3 所示．
單片機(jī)通過(guò)編程產(chǎn)生串行時(shí)鐘，即由 C L K先高后低的轉(zhuǎn)變提供串行時(shí)鐘；并按時(shí)序發(fā)送與
接收數(shù)據(jù)位，完成通道方式／通道數(shù)據(jù) 的寫入和轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀出；用累加器和帶進(jìn)位的左循環(huán)移

1 2 0 廣東工業(yè) 大學(xué)學(xué)報(bào)  第 2 3卷
EOC
初始化
圖 2  M S B在前、用／ C S 控制的 1 2 模式時(shí)序圖
位指令來(lái)合成 S P I 功能； R 2 暫存
高 8 b i t ， R 3暫存低 4 b i t ．本程序選
擇 l 2 b i t 輸出數(shù) 據(jù) 長(zhǎng)度，高位導(dǎo)
前．
T L C 2 5 4 3在每次 I ／ O周期讀
取的數(shù)據(jù)都是上次轉(zhuǎn)移的結(jié) 果，
當(dāng)前的轉(zhuǎn)換結(jié)果在下一個(gè) I ／ O周
期中被串行移出．第一次讀數(shù) 由
于內(nèi)部調(diào)整，讀取的轉(zhuǎn)換結(jié) 果可
能不準(zhǔn)確，應(yīng) 丟棄．
程序如下：
S AMP L E ： MO V
M0V
AC AI 工
MOV
ACAI
MO V
I N C
MO V
I N C
R0．# 3 0 H
R1．幫X) 0 O 0 o 0 O B
RD AD
R1．  0 o 0 1 0 0 o 0 B
RD— A D
@ R 0． R2
R 0
@ R 0． R 3
R0
MOV R1 ． # 1 0 1 1 O 0 o 0 B
AC AI 工  R D  AD
MOV @ R 0． R2
I NC R 0
MOV @ R 0． R 3
I NC R 0
RE T
模
擬
量
輸
入
A ／ D 轉(zhuǎn)換間隔  初始化
圖 3 T L C 2 5 4 3 與 8 9 C 5 1 單片機(jī)的接口原理圖
；數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址 3 0 H - - * R 0
； 0通道方式／通道數(shù)據(jù)
；第一次讀取的轉(zhuǎn)換結(jié)果可能不準(zhǔn)確，丟棄
； 1 通道方式／通道數(shù)據(jù)
；送 1 通道方式／通道數(shù)據(jù)并讀第 0 通道轉(zhuǎn)換結(jié)果
；轉(zhuǎn)換結(jié)果存放到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)
；其它通道操作方式類推
； 1 1 通道方式／ N道數(shù)據(jù)
；送 1 1 通道方式／．商首擻據(jù) 并讀第 l 0 通道轉(zhuǎn)拶士果
；轉(zhuǎn)換結(jié)果存放到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)

篁夏益民，等： A D 芯片 T L C 2 5 4 3 與 5 1 系列單片機(jī) 的接口設(shè) 計(jì) 1 2 1
RD _ AD：
L OOP 2：
CL R C L K
S E  I B  C S
C I C S
MOV R 4． 0 8
MO V  A ．R1
MOV C． DOUT
RL C A
MOV  DI N． C
S E T B C L K
CL R C L K
D J N Z R 4 ． L O O P I
MOV R 2． A
MOV A ． ) 0 H
MOV R 4． # 0 4
MOV C． D OUT
RL C A
S E TB C LK
CL R  C LK
D J N Z R 4． L O O P 2
MOV  R 3． A
S E T B C S
RE T
；清 I ／ O時(shí)鐘
；設(shè)置片選為高
；設(shè)置片選為低
；先讀高 8 b i t
；把方式／通道控制字放到 A
；讀轉(zhuǎn)換結(jié)果
； A寄存器左移，移人結(jié)果數(shù)據(jù)位，移出方式／通道控制位
；輸出方式／通道位
；設(shè) 置 I ／ O時(shí)鐘為高
；清 I ／ O時(shí)鐘
； R 4不為 0 ，則返回 L O O P I
；轉(zhuǎn)換結(jié)果的高 8 b i t 放到 R 2中
；復(fù)位 A寄存器
；再讀低 4 b i t
；讀轉(zhuǎn)換結(jié)果
； A寄存器左移，移入結(jié)果數(shù)據(jù) 位
；設(shè)置 I ／ O時(shí)鐘為高
；清 I ／ O時(shí)鐘
； R 4 不為 0 ，則返回 L O O P 2
；轉(zhuǎn)換結(jié)果的低 4 b i t 放到 R 3中
；設(shè) 置片選為高
參考文獻(xiàn) ：
[ 1 ] 武漢力源電子股份有限公司． T L C 2 5 4 3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)手冊(cè)及應(yīng)用筆記 [ G ] ．武漢：武漢力源電子股份有限
公司， 1 9 9 9 ．
[ 2 3 馬明建，周長(zhǎng)城．數(shù)據(jù)采集與處理 [ M] ．西安：西安交通大學(xué) 出版社。 1 9 9 8 ．
[ 3 ] 何立民． M C S 一 5 1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)[ M] ．北京：北京航空航天大學(xué) 出版社。 1 9 9 9

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A D芯 片 T L C 2 5 4 3 與 5 1 系 列 單 片 機(jī) 的接 口設(shè) 計(jì)

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