带串行控制和11路输入模数转换器TLC2543

摘 要：TLC2543是德州仪器公司生产的12位开关电容型逐次逼近模数转换器，它具有三个控制输入端，采用简单的3线SPI串行接口可方便地与微机进行连接，是12位数据采集系统的最佳选择器件之一。本文介绍了该芯片的功能、时序，并给出了8051单片机的接口电路。
关键词：模数转换器； SPI串行接口； TLC2543
1. 概述
　　A/D、D/A转换器是过程及仪器仪表、设备等检测与控制装置中应用比较广泛的器件。随着大规模集成电路技术的发展，各种高精度、低功耗、可编程、低成本的A/D转换器不断推出，使得微机控制系统的电路更加简洁，可靠性更高。
　　TLC2543与外围电路的连线简单，三个控制输入端为CS(片选)、输入/输出时钟(I/O CLOCK)以及串行数据输入端(DATA INPUT)。片内的14通道多路器可以选择11个输入中的任何一个或3个内部自测试电压中的一个，采样－保持是自动的，转换结束，EOC输出变高。
　　TLC2543的主要特性如下：
　　●11个模拟输入通道；
　　●66ksps的采样速率；
　　●最大转换时间为10μs；
　　●SPI串行接口；
　　●线性度误差最大为±1LSB；
　　●低供电电流(1mA典型值)；
　　●掉电模式电流为4μA。
2. TLC2543引脚功能与接口时序
2.1 TLC2543引脚排列

TLC2543简介



　　TLC2543的引脚排列如图1所示。引脚功能说明如下：
　　AIN0～AIN10：模拟输入端，由内部多路器选择。对4.1MHz的I/O CLOCK，驱动源阻抗必须小于或等于50Ω；
　　CS：片选端，CS由高到低变化将复位内部计数器，并控制和使能DATA OUT、DATA INPUT和I/O CLOCK。CS由低到高的变化将在一个设置时间内禁止DATA INPUT和I/O CLOCK；
　　DATA INPUT：串行数据输入端，串行数据以MSB为前导并在I/O CLOCK的前4个上升沿移入4位地址，用来选择下一个要转换的模拟输入信号或测试电压，之后I/O CLOCK将余下的几位依次输入；
　　DATA OUT：A/D转换结果三态输出端，在CS为高时，该引脚处于高阻状态；当CS为低时，该引脚由前一次转换结果的MSB值置成相应的逻辑电平；EOC：转换结束端。在最后的I/O CLOCK下降沿之后，EOC由高电平变为低电平并保持到转换完成及数据准备传输；
　　VCC、GND：电源正端、地；
　　REF＋、REF－：正、负基准电压端。通常REF＋接VCC，REF－接GND。最大输入电压范围取决于两端电压差；
　　I/O CLOCK：时钟输入/输出端。
2.2 TLC2543的工作时序




　　TLC2543每次转换和数据传送使用16个时钟周期，且在每次传送周期之间插入CS的时序。时序如图2所示。
　　从时序图可以看出，在TLC2543的CS变低时开始转换和传送过程，I/O CLOCK的前8个上升沿将8个输入数据位键入输入数据寄存器，同时它将前一次转换的数据的其余11位移出DATA OUT端，在I/O CLOCK下降沿时数据变化。当CS为高时， I/O CLOCK和DATA INPUT被禁止，DATA OUT为高阻态。
3. TLC2543与80C31的连接
3.1 硬件接口
　　由于MCS－51系列单片机不具有SPI或相同能力的接口，为了便于与TLC2543接口，采用软件合成SPI操作，为减少数据传送速受微处理器的时钟频率的影响，尽可能选用较高时钟频率。接口电路如图3所示。




　　TLC2543的I/O时钟、数据输入、片选信号由P1.0、P1.1、P1.3提供，转换结果由P1.2口串行读出。
3.2 接口程序
　　设通道/方式控制字存放在R4中，程序在读出前一次转换结果的同时，将该通道/方式控制字发送到TLC2543中去，转换结果存放在相邻地址的存储器中。存储器地址从30H～45H，且高字节在前，低字节在后。
　　　　　 ORG 100H
　　START： MOV SP，＃50H　；堆栈指针初始化
　　　　　 MOV P1，＃04H　；P1口引脚初始化
　　　　　 CLR P1.0
　　　　　　SETB P1.3
　　　　　　ACALL TLC2543
　　　　　　ACALL STORE
　　　　　　JMP START
TLC2543:MOV A，R4
　　　　　　CLR P1.3
　　　　　　JB ACC.1，LSB　；如果A的位1为1，先做低字节
　　MSB： MOV R5，＃08
　　LOOP1： MOV C，P1.2　；数据位读入进位位RLC A
　　　 　　 MOV P1.1，C　；输出方式/通道位
　　　　 　 SETB P1.0　；产生I/O时钟
　　　　 　 CLR P1.0
　　　　 　 DJNZ R5，LOOP1　；输入/输出另一位
　　　　 　 MOV R2，A　；高字节送入R2
　　　　 　 MOV A，R4
　　　　　 JB ACC.1，RETURN
　　LSB： MOV R5，＃08
　　LOOP2：MOV C， P1.2
　　　　　 RLC A
　　　　　 MOV P1.1，C
　　　　　 SETB P1.0
　　　　　 CLR P1.0
　　　　　 DJNZ R5，LOOP2
　　　　　 MOV R3，A
　　　　　 MOV A，R4
　　　　　 JB ACC.1，MSB
RETURN：RET
STORE：MOV A，R4
　　　　　 ANL A，＃0F0H
　　　　　 SWAP A
　　　　　 MOV B，＃02
　　　　　 MUL AB
　　　　　ADD A，＃030H
　　　　　MOV R1，A
　　　　　MOV A，R2
　　　　　MOV @R1，A
　　　　　INC R1
　　　　　MOV A，R3
　　　　　MOV @R1，A
　　　　　RET
　　　　　END
　　以上程序用累加器和带进位的左循环移位的指令来合成SPI功能，读入转换结果的第一个字节的第一位到进位(C)位。累加器内容通过进位位左移，通道选择和方式数据的第一位通过P1.1输出。然后由P1.0先高后低的翻转来提供串行时钟。这个时序再重复7次，完成转换数据的第一个字节的传送。第二个字节由重复8次时钟脉冲和数据传送的整个序列来传送。