標(biāo)題: 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) [打印本頁(yè)] 作者: 梁榮欣1234 時(shí)間: 2015-11-27 17:02 標(biāo)題: 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) 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， 使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成， A ／ D轉(zhuǎn)換過程． 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 程
上電后， 片選／ C S 必須從高到低 ， 才能開始一次工作周期 ， 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