第23卷第3期2006年9月广东工业大学学报Journa l of Guangdong Un i versity of Technology Vol .23 No .3Sep te mber 2006收稿日期:2005208231作者简介:夏益民(19802),女,助教,主要研究方向为嵌入式系统、高速数据采集系统等.AD 芯片T LC2543与51系列单片机的接口设计夏益民,谢 云,刘冰茹(广东工业大学自动化学院,广东广州510006)摘要:从应用角度出发介绍了具有11个输入端的12bit A /D 转换器T LC2543的结构、主要特点、工作原理与编程要点,探讨了T LC2543与51系列单片机的接口方法,用软件合成SP I 操作,给出了T LC2543与51系列单片机的接口电路和单片机汇编程序.关键词:T LC2543;单片机;接口中图分类号:TP368.1 文献标识码:A 文章编号:100727162(2006)0320118204在单片机开发中,很多都要涉及到将模拟量转换为数字量,因此使用ADC 的场合很多.选择一款合适的ADC 芯片就显得尤为重要.由于51单片机往往要控制比较多的I/O 口,因此使用并行ADC 会限制系统I/O 口功能的扩展,采用串行ADC 比较适合那些低速采样而控制管脚又比较多的系统.T LC2543是有11个输入端的12bit 模数转换器,具有转换快、稳定性好、与微处理器接口简单、价格低等优点.由于它带有串行外设接口(SP I ),而51系列单片机没有SP I,因此研究它与单片机的接口非常有意义.1 T LC2543的特点及引脚T LC2543是12bit 串行A /D 转换器,使用开关电容逐次逼近技术完成A /D 转换过程.由于是串行输入结构,能够节省51系列单片机的I/O 资源.其特点有:1)12bit 分辨率A /D 转换器;2)在工作温度范围内10μs 转换时间;3)11个模拟输入通道;4)3路内置自测试方式;5)采样率为66kb /s;6)线性误差+1LS B (max );7)有转换结束(EOC )输出;8)具有单、双极性输出;9)可编程的MS B 或LS B 前导;10)可编程的输出数据长度.T LC2543的引脚排列如图1所示.第3期夏益民,等:AD 芯片T LC2543与51系列单片机的接口设计图1 T LC2543管脚图图1中A I N 0～A I N 10为模拟输入端;/CS 为片选端;D I N 为串行数据输入端;DOUT 为A /D 转换结果的三态串行输出端;EOC 为转换结束端;CLK 为I/O 时钟;REF +为正基准电压端;REF -为负基准电压端;VCC 为电源;G ND 为地.2 T LC2543的使用方法2.1 控制字的格式控制字为从DATE I N P UT 端串行输入的8bit 数据,它规定了T LC2543要转换的模拟量通道、转换后的输出数据长度以及输出数据的格式.其中高4bit (D7～D4)决定通道号,对于0通道至10通道,该4bit 为0000～1010H,当为1011～1101时,用于对T LC2543的自检,分别测试(V ref ++V ref 2)/2、V ref +、V ref 2的值,当为1110时,T LC2543进入休眠状态.低4bit 决定输出数据长度及格式,其中D3、D2决定输出数据长度,018bit,11表示输出数据长度为16bit,其他为12bit .D1决定输出数据是高位先送出,还是低位先送出,为0表示高位先送出.D0决定输出数据是单极性(二进制)还是双极性(2的补码),若为单极性,该位为0,反之为1.2.2 转换过程上电后,片选/CS 必须从高到低,才能开始一次工作周期,此时E OC 为高,输入数据寄存器被置为0,输出数据寄存器的内容是随机的.开始时,片选/CS 为高,I/O CLOCK 、DAT A I N P UT 被禁止,DAT A OUT 呈高阻状态,EOC 为高.使/CS 变低,I/O CLOCK 、DAT A I N P UT 使能,DAT A OUT 脱离高阻状态.12个时钟信号从I/O CLOCK 端依次加入,随着时钟信号的加入,控制字从DAT A I N P UT 一位一位地在时钟信号的上升沿时被送入T LC2543(高位先送入),同时上一周期转换的A /D 数据,即输出数据寄存器中的数据从DAT A OUT 一位一位地移出.T LC2543收到第4个时钟信号后,通道号也已收到,此时T LC2543开始对选定通道的模拟量进行采样,并保持到第12个时钟的下降沿.在第12个时钟下降沿,E OC 变低,开始对本次采样的模拟量进行A /D 转换,转换时间约需10μs,转换完成后E OC 变高,转换的数据在输出数据寄存器中,待下一个工作周期输出.此后,可以进行新的工作周期.对T LC2543的操作,关键是理清接口时序图和寄存器的使用方式.T LC2543的接口时序图如图2所示.图2是T LC2543在片选信号使能的前提下,使用12bit 模式的接口时序图.从图中可看出,在片选信号(/CS )有效的情况下,首先要根据A /D 转换的功能需要配置要输入的数据.需要注意的是,在读数据的同时,T LC2543将上一次转换的数据从数据输出口伴随输入时钟输出.为了提高A /D 采样的速率,可以采用在设置本次采样的同时,将上次AD 采样的值读出的办法.3 T LC2543与89C51单片机的接口示意图与程序89C51单片机没有SP I 接口,为了与T LC2543接口可以用软件功能来实现SP I 接口,其硬件接口如图3所示.单片机通过编程产生串行时钟,即由CLK 先高后低的转变提供串行时钟;并按时序发送与接收数据位,完成通道方式/通道数据的写入和转换结果的读出;用累加器和带进位的左循环移911广东工业大学学报第23卷图2 M S B 在前、用/CS 控制的12bit 模式时序图图3 T LC2543与89C51单片机的接口原理图位指令来合成SP I 功能;R2暂存高8bit,R3暂存低4bit .本程序选择12bit 输出数据长度,高位导前.T LC2543在每次I/O 周期读取的数据都是上次转移的结果,当前的转换结果在下一个I/O 周期中被串行移出.第一次读数由于内部调整,读取的转换结果可能不准确,应丢弃.程序如下:S AMP LE:MOVR0,#30H ;数据缓冲区首地址30H →R0MOVR1,#00000000B ;0通道方式/通道数据AC ALLRD_AD ;第一次读取的转换结果可能不准确,丢弃MOVR1,#00010000B ;1通道方式/通道数据AC ALLRD_AD ;送1通道方式/通道数据并读第0通道转换结果MOV@R0,R2;转换结果存放到数据缓冲区I N CR0MOV@R0,R3I N CR0………;其它通道操作方式类推MOVR1,#10110000B ;11通道方式/通道数据AC ALLRD_AD ;送11通道方式/通道数据并读第10通道转换结果MOV@R0,R2;转换结果存放到数据缓冲区I N CR0MOV@R0,R3I N CR0RET 021第3期夏益民,等:AD 芯片TLC2543与51系列单片机的接口设计RD_AD:C LRC LK ;清I/O 时钟SET BCS ;设置片选为高C LRCS ;设置片选为低MOVR4,#08;先读高8bit MOVA,R1;把方式/通道控制字放到A LOOP1:MOVC,DOUT ;读转换结果RLCA ;A 寄存器左移,移入结果数据位,移出方式/通道控制位MOVD I N ,C ;输出方式/通道位SET BC LK ;设置I/O 时钟为高C LRC LK ;清I/O 时钟DJNZR4,LOOP1;R4不为0,则返回LOOP1MOVR2,A ;转换结果的高8bit 放到R2中MOVA,#00H ;复位A 寄存器MOVR4,#04;再读低4bit LOOP2:MOVC,DOUT ;读转换结果RLCA ;A 寄存器左移,移入结果数据位SET BC LK ;设置I/O 时钟为高C LRC LK ;清I/O 时钟DJNZR4,LOOP2;R4不为0,则返回LOOP2MOVR3,A ;转换结果的低4bit 放到R3中SET BCS ;设置片选为高RET 参考文献:[1]武汉力源电子股份有限公司.T LC2543模数转换器数据手册及应用笔记[G].武汉:武汉力源电子股份有限公司,1999.[2]马明建,周长城.数据采集与处理[M ].西安:西安交通大学出版社,1998.[3]何立民.MCS -51单片机应用系统[M ].北京:北京航空航天大学出版社,1999.The I n terface D esi gn of TLC2543and M CS 251SC MX I A Yi 2m in,X I E Yun,L I U B ing 2ru(Faculty of Aut omati on,Guangdong University of Technol ogy,Guangzhou 510006,China )Abstract:This paper intr oduces the configurati on,main characteristic,work p rinci p le and p r ogra m point of 12bit ADC T LC2543which has 11inputs .It discusses the interface means of T LC2543and MCS 251SC M ,Co mposes the SP Ioperati on by s oft w are,and lists the interface circuit and SC M asse mb 2ler of T LC2543and MCS 251SC M.Key words:T LC2543;SC M;interface 121。
