TLC1549串口传输与单片机的A／D设计

发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:474

1 概述

　　tlc1549系列是美国德州仪器公司生产的具有串行控制、连续逐次逼近型的模数转换器，它采用两个差分基准电压高阻输入和一个三态输出构成三线接口，其中三态输出分别为片选(cs低电平有效)，输入／输出时钟(i／o clock)，数据输出(dataout)。tlc1549引脚排列如图1所示。tlc1549能以串行方式送给单片机，其功能结构如图2所示。由于tlc1549采用cmos工艺。内部具有自动采样保持、可按比例量程校准转换范围、抗噪声干扰功能，而且开关电容设计使在满刻度时总误差最大仅为±1 lsb(4.8 mv)，因此可广泛应用于模拟量和数字量的转换电路。

tlc1549在工作温度范围内的极限参数：

　　电源电压范围：-0.5 v～6.5 v；

　　125℃输入电压范围：-0.3 v～vcc+0.3 v；

　　输出电压范围：-0.3～vcc+0.3 v；

　　正基准电压：vcc+0.1 v；

　　负基准电压：-0.1 v；

　　峰值输入电流：+20 ma；

　　峰值总输入电流：±30 ma；

　　工作温度范围：tlc1549m为-55℃～125℃，tlc1549c为0℃～70℃，tlc1549i为-40℃～85℃。

2 工作原理

　　tlc1549具有6种串行接口时序模式，这些模式是由i／o clock周期和cs定义。根据tlc1549的功能结构和工作时序，其工作过程可分为3个阶段：模拟量采样、模拟量转换和数字量传输。图3所示为tlc1549的时序图。

2.1 输入的模拟量采样

　　在第3个i／o clock下降沿，输入模拟量开始采样，采样持续7个i／o clock周期，采样值在第10个i／o clock下降沿锁存。

2.2 输入的模拟量转换

　　对于连续逐次逼近型的模数转换器tlc1549，cmos门限检测器通过检测一系列电容的充电电压决定a／d转换后的数字量的每一位，如图4所示。在转换过程的第一阶段，模拟输入量同时关闭sc和st进行充电采样，这一过程使所有电容的充电电压之和达到模数转换器的输入电压。转换过程的第二阶段打开所有sc和st，cmos门限检测器通过识别每一只电容的电压确定每一位，使其接近参考电压。在这个过程中，10只电容逐一检测，直到确定转换的十位数字量。其详细步骤为：门限检测器检测第一只电容(weight=512)的电压，该电容的节点512连接到ref+。梯型网络中，其他电容的等效节点接到ref-。如果总节点的电压大于门限检测器的电压(大约vcc的一半)，“0”被送至输出寄存器，此时512-weight的电容连接到ref-。经反相后为“1”，即为最高位msb为1；如果总节点的电压小于门限检测器的电压(大约vcc的一半)，“1”被送至输出寄存器，此时512-weight的电容连接到ref+，经反相后为“0”，存为最高位msb为0。对于256-weight的电容和128-weight的电容也要通过连续逐次逼近型的重复操作，直到确定从高位(msb)到低位(lsb)所有数字量，即为初始的模拟电压数字量。整个转换过程调整vref+和vref1以便从数字0至1跳变的电压(vzt)为0.002 4 v，满度跳变电压(vft)为4.908 v，即1 lsb=4.8 mv。

2.3 数字量的传输

　　当片选cs由低电平变为高时，i／o clock禁止且a／d转换结果的三态串行输出data out处于高阻状态；当串行接口将cs拉至有效时，即cs由高变为低时，cs复位内部时钟，控制并使能da-ta out和i／o clock，允许i／o clock工作并使data out脱离高阻状态。串行接口把输入／输出时钟序列供给i／o clock并接收上一次转换结果。首先移出上一次转换结果数字量对应的最高位，下一个i／o clock的下降沿驱动data out输出上一次转换结果数字量对应的次高位，第9个i／oclock的下降沿将按次序驱动data out输出上一次转换结果数字量的最低位，第10个i／oclock的下降沿，data out输出一个低电平，以便串行接口传输超过10个时钟；i／o clock从主机串行接口接收长度在10～16个时钟的输入序列。

　　cs的下降沿，上一次转换的msb出现在data out端。10位数字量通过data out发送到主机串行接口。为了开始传输，最少需要10个时钟脉冲，如果i／oclock传送大于10个时钟，那么在第10个时钟的下降沿，内部逻辑把data out拉至低电平以确保其余位清零。在正常转换周期内，即规定的时间内cs端由高电平至低电平的跳变可以终止该周期，器件返回初始状态(输出数据寄存器的内容保持为上一次转换结果)。由于可能破坏输出数据，所以在接近转换完成时要小心防止cs拉至低电平。

3 实例应用及编程

　　实践中，某功能模块需将模拟电压转换为数字量，经过单片机处理后，储存在eeprom中。利用p1.7作为片选端adcs，p1.6作为数据输出端