例10-4j-第10章TLC2543

10.4 80C51单片机与串行A/D转换器TLC2543的接口10.4.1 TLC2543的性能及引脚说明TLC2543是TI（Texas Instruments）公司生产的一款12位串行A/D转换器，采用了开关电容逐次逼近的技术。同时，TLC2543采用的是串行接口技术，同ADC0809相比，大大节省了单片机的I/O接口资源，并且价格适中，有着广泛的应用。TLC2543有以下的特点：l 精度高，是12位分辨率的A/D转换器；l 转换速度快，在工作温度范围内，转换时间为10us；l 11个模拟输入通道；l 3路内置自测试方式；l 采样率为66kbps；l 最大线性误差为+1LSB；l 有转换结束输出EOC；l 具有单、双极性输出；l 可编程的MSB或LSB前导；l 可编程的输出数据长度。TLC2543的引脚排列图如图10-xx所示。图10-xx TLC2543引脚图在上面的引脚图中，各个管脚的功能如下：19（AIN0AIN8）模拟信号输入0至8端；10（GND）电源地；1112（AIN9AIN10）模拟信号输入9至10端；13（REF-）负基准电源；14（REF+）正基准电源；15（）片选端；16（DATA OUT）A/D转换结果串行输出端；17（DATA IN）为串行数据输入端；18（I/O CLOCK）为I/O时钟；19（EOC）为转换结束端；20（VCC）电源正极。10.4.2 TLC2543的工作过程TLC的工作过程实际分为两个部分，分别是I/O周期和A/D转换周期。1）I/O周期I/O周期是通过外部提供的I/O CLOCK所定义的，分为8、12和16个时钟周期，这三种不同的周期决定了输出数据的长度。TLC2543在进入I/O周期后，会进行两种操作。分别是读取DATA INPUT输入的控制字与在DATA OUT输出上一次的A/D转换值。（1）读取DATA INPUT输入的控制字想要正确的使用TLC2543，那么对TLC2543的设置是非常重要的，TLC2543的设置是通过控制字来实现的，控制字决定了TLC2543要转换的模拟通道号、转换后的输出数据长度和输出数据格式。控制字的高4位（D7.D4）决定了A/D转换的通道号。例如，0000对应的是AIN0通道，1000对应的是AIN8通道。由于TLC2543一共有11条模拟输入通道AIN0AIN10，其分别对应的控制字为00001010。当控制字的高4位为10111101时，不再对应选择模拟通道号，而是对TLC2543进行自检，当通道号为1110时，TLC2543就进入休眠模式，降低系统能耗。控制字的低4位（D3.D0）决定了输出数据的长度与格式。D3、D2这两位决定了数据的输出长度。TLC2543一共可以输出3种长度的数据，分别是8位、12位、16位。其中，8位输出是取12位输出数据的高8位，16位输出是在12位数据输出前补4个0。因此，12位输出和16位输出精度相同。D3D2取值与长度见表10-xx所示：表10-xx D3D2与数据输出长度控制字D3 D2数据长度0012位018位1012位1116位D1决定了数据先输出高位还是低位。D1=1时，表示先输出低位（LSB）；D1=0时，表示先输出高位（MSB）。D0决定了数据输出的极性。D0=0，数据输出单极性（无符号二进制）；D0=1，数据输出双极性（有符号二进制）。综上述，如果是想要对模拟通道2采样，并且输出12位单极性无符号，高位在前的数据时，D7.D0可以设置为：0010 0000或者是0010 1000。（2）在DATA OUT输出上一次的A/D转换值当保持为低电平时，第一个数据出现在EOC的上升沿；若TLC2543由控制，那么第一个数据输出在的下降沿。这个数据是前一次A/D转换的结果。输出数据的第一位后，其余的每个数据都在I/O CLOCK的下降沿输出。2）A/D转换周期在I/O周期的最后一个I/O CLOCK脉冲的下降沿后，EOC变为低电平，采样值不变，开始A/D转换周期。通过片内转换器对采样值进行逐次逼近式转换。转换完成后EOC变为高电平，转换结果保存在寄存器中，等待下一个I/O周期输出。10.4.3 80C51单片机与TLC2543的接口设计TLC2543所使用的串行总线为SPI，由于本书介绍的80C51单片机并不具有SPI串行总线，只能采用软件模拟的方式来 进行数据传输。TLC2543的时序图如图10-xx所示。 图10-xx TLC2543的12位工作时序图从时序图可以看出，TLC2543上电后，必须先从高到低，才能开始工作。初始化后，EOC是高电平，表示输出寄存器内存储的是上一次转换完成的数据。I/O CLOKC的脉冲作用下，DATAINPUT开始输入控制字，并且输出上一次的A/D转换值。同时第4个脉冲完成后，对当前模拟通道模拟量采样。当第12个脉冲完成后，EOC变为低电平，对采样的模拟量开始A/D转换，转换时间约为10s，A/D转换完成后，EOC变为高电平，将本次转换值保存到输出寄存器，等待下一次输出。TLC2543输出12位二进制数据N和模拟电压U之间的关系为：当Vref+为5V，Vref-接地时，公式化简为：即【例10-xx】以80C51单片机为核心，TLC2543作为A/D转换器对电位器上05V范围变化的电压进行检测，用LCD1602显示检测结果，实现数字电压表功能。图10-xx TLC2543与AT89C51单片机连接仿真图解：接口说明如下：1）液晶的4端为向液晶控制器写数据/命令选择端，接单片机的P3.5口；2）液晶的5端为读/写选择端，不从液晶读取任何数据，只向其写入数据和命令，因此此端始终选择为写状态，接地；3）液晶的6端为使能端，接单片机的P3.4口；4）液晶的D0D7端为数据/指令输入端，与单片机P0口通过排阻相连；5）TLC2543的16为数据输出端，和单片的P2.0口相连；6）TLC2543的17为数据输入端，和单片的P2.1口相连；7）TLC2543的15为选通端，和单片的P2.2口相连；8）TLC2543的18为时钟信号端，和单片的P2.3口相连；9）TLC2543的19为A/D转换完成端，和单片的P2.4口相连；9）TLC2543的13为负参考电压端，直接接地；10）TLC2543的14为正参考电压端，接5v电源；11）TLC2543的3为模拟电压输入端，接电位器中间抽头。程序设计如下：#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar code dis_table0=0123456789;uchar code dis_table1=Voltage:;sbit lcden=P34;sbit lcdrs=P35;sbit SDO=P20;sbit SDI=P21;sbit CS=P22;sbit CLK=P23;sbit EOC=P24;/*延时程序*/void DelayMs(uint ms)uint i;while(ms-)for(i=110;i0;i-); /*LCD1602程序*/void Write_Com(uchar com)lcdrs=0;P0=com;DelayMs(5);lcden=1;DelayMs(5);lcden=0;void Write_Data(uchar date)lcdrs=1;P0=date;DelayMs(5);lcden=1;DelayMs(5);lcden=0;void init()lcden=0;Write_Com(0x38);Write_Com(0x0c);Write_Com(0x06);Write_Com(0x01);void display(uint date)uchar i=0;Write_Com(0X80);for(i=0;i8;i+) Write_Data(dis_table1i);Write_Data(dis_table0date/1000);Write_Data(.);Write_Data(dis_table0date%1000/100);Write_Data(dis_table0date%1000%100/10);Write_Data(dis_table0date%10);Write_Data(V);/*TLC2543程序*/uint ADC_Convert(uchar Channel) /CH_i,通道值uint AD_Val; /储存12位的A/D转换结果uchar i; AD_Val=0;CS=1; /一个转换周期开始EOC=0;CLK=0; /为第一个脉冲作准备_nop_();_nop_(); CS=0; /CS置0，片选有效EOC=1; /EOC开始应设为高电平Channel=4; /将通道值（D7，D6，D5，D4）移入高四位，转换通道设置Channel|=0x02; /D3,D2,D1,D0=0,0,1,0 ，输出数据为12位，先输出低位for(i=0;i=1; /将读取结果逐位右移（先输出的是低位） CLK=0;_nop_();if(Channel&0x80)=0x80)SDI=1; elseSDI=0;Channel=1;/在脉冲上升沿，从高位至低位依次将控制字写入TLC2543CLK=1;_nop_();if(SDO=1) /在脉冲下降沿，TLC2543输出数据，写入AD_Val的第12位AD_Val|=0x800; elseAD_Val|=0x000; SDI=0;/8个数据流输入后，SDI端必须保持在一个固定的电平上，指引EOC变高for(i=8;i=1;CLK=0; _nop_(); CLK=1; _nop_();if(SDO=1) AD_Val|=0x800;/在脉冲下降沿，TLC2543输出数据，写入AD_Val的第12位elseAD_Val|=0x000; /第12位写 0 CLK=0; /在第12个时钟下降沿来临时，EOC开始变低，开始对本次采样的模拟量进行A/D转换，_nop_(); /给硬件一点转换