串行AD轉(zhuǎn)換器TLC2543與51單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)

　　TLC2543是11個(gè)輸入端的12位模數(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)，應(yīng)用前景好。由于它帶有串行外設(shè)接口(SPI，Seri－al PeripheralInterface)，而51系列單片機(jī)沒(méi)有SPI，因此研究它與51單片機(jī)的接口就非常有意義。

1　TLC2543的引腳及功能
　　TLC2543是12位開(kāi)關(guān)電容逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，有多種封裝形式，其中DB、DW或N封裝的管腳圖見(jiàn)圖1。引腳的功能簡(jiǎn)要分類說(shuō)明如下。

I/OCLOCK：控制輸入輸出的時(shí)鐘，由外部輸入。　　
DATAINPUT：控制字輸入端，用于選擇轉(zhuǎn)換及輸出數(shù)據(jù)格式。
　　DATAOUT：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出端。

2　TLC2543的使用方法
2．1　控制字的格式
　　控制字為從DATAINPUT端串行輸入的8位數(shù)據(jù)，它規(guī)定了TLC2543要轉(zhuǎn)換的模擬量通道、轉(zhuǎn)換后的輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、輸出數(shù)據(jù)的格式。其中高4位(D7～D4)決定通道號(hào)，對(duì)于0通道至10通道，該4位分別為0000～1010H，當(dāng)為1011～1101時(shí)，用于對(duì)TLC2543的自檢，分別測(cè)試(V_REF＋＋V_REF－)/2、V_REF－、V_REF＋的值，當(dāng)為1110時(shí)，TLC2543進(jìn)入休眠狀態(tài)。低4位決定輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度及格式，其中D3、D2決定輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，01表示輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為8位，11表示輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為16位，其他為12位。D1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。D0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0，反之為1。

2．2　轉(zhuǎn)換過(guò)程
　　上電后，片選CS必須從高到低，才能開(kāi)始一次工作周期，此時(shí)EOC為高，輸入數(shù)據(jù)寄存器被置為0，輸出數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容是隨機(jī)的。

開(kāi)始時(shí)，CS片選為高，I/O CLOCK、DATA INPUT被禁止，DATA OUT 呈高阻狀，EOC為高。使CS變低，I/OCLOCK、DATAINPUT使能，DATAOUT脫離高阻狀態(tài)。12個(gè)時(shí)鐘信號(hào)從I/OCLOCK端依次加入，隨著時(shí)鐘信號(hào)的加入，控制字從DATAINPUT一位一位地在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿時(shí)被送入TLC2543(高位先送入)，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DATAOUT一位一位地移出。TLC2543收到第4個(gè)時(shí)鐘信號(hào)后，通道號(hào)也已收到，此時(shí)TLC2543開(kāi)始對(duì)選定通道的模擬量進(jìn)行采樣，并保持到第12個(gè)時(shí)鐘的下降沿。在第12個(gè)時(shí)鐘下降沿，EOC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10μs，轉(zhuǎn)換完成后EOC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。

3　TLC2543與單片機(jī)的接口和采集程序
　　目前使用的51系列單片機(jī)沒(méi)有SPI接口，為了與TLC2543接口，可以用軟件功能來(lái)實(shí)現(xiàn)SPI的功能，其硬件接口如圖2所示。本示例采用延時(shí)進(jìn)行采集，故省去了EOC引腳的接口。

　　下面是采用C51編寫的A/D轉(zhuǎn)換程序。其中port是待采集的模擬量通道號(hào)，ad_data是采樣值。delay()是延時(shí)函數(shù)，大約為20微秒。