TLC2543在仪器仪表中的应用

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TLC2543是TI公司的12位串行模数转换器，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I/O资源；且价格适中，分辨率较高，因此在仪器仪表中有较为广泛的应用。2TLC2543的特点（1）12位分辩率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66kbps；（6）线性误差±1LSBmax；（7）有转换结束输出EOC；（8）具有单、双极性输出；（9）可编程的MSB或LSB前导；（10）可编程输出数据长度。3TLC2543的引脚排列及说明TLC2543有两种封装形式：DB、DW或N封装以及FN封装，这两种封装的引脚排列如图1，引脚说明见表1。图1TLC2543的封装表1TLC2543引脚说明引脚号名称I/O说明1～9,11,12AIN0～AIN10I模拟量输入端。11路输入信号由内部多路器选通。对于4.1MHz的I/OCLOCK，驱动源阻抗必须小于或等于50Ω，而且用60pF电容来限制模拟输入电压的斜率15　I片选端。在端由高变低时，内部计数器复位。由低变高时，在设定时间内禁止DATAINPUT和I/O CLOCK17DATAINPUTI串行数据输入端。由4位的串行地址输入来选择模拟量输入通道16DATA OUTOA/D转换结果的三态串行输出端。为高时处于高阻抗状态，为低时处于激活状态19EOCO转换结束端。在最后的I/OCLOCK下降沿之后，EOC从高电平变为低电平并保持到转换完成和数据准备传输为止10GND　地。GND是内部电路的地回路端。除另有说明外，所有电压测量都相对GND而言18I/O CLOCKI输入/输出时钟端。I/OCLOCK接收串行输入信号并完成以下四个功能：（1）在I/O CLOCK的前8个上升沿，8位输入数据存入输入数据寄存器。（2）在I/OCLOCK的第4个下降沿，被选通的模拟输入电压开始向电容器充电，直到I/OCLOCK的最后一个下降沿为止。（3）将前一次转换数据的其余11位输出到DATA OUT端，在I/OCLOCK的下降沿时数据开始变化。（4）I/OCLOCK的最后一个下降沿，将转换的控制信号传送到内部状态控制位14REF+I正基准电压端。基准电压的正端（通常为VCC）被加到REF+，最大的输入电压范围由加于本端与REF-端的电压差决定13REF-I负基准电压端。基准电压的低端（通常为地）被加到REF-20Vcc　电源4接口时序可以用四种传输方法使TLC2543得到全12位分辩率，每次转换和数据传递可以使用12或16个时钟周期。一个片选（）脉冲要插到每次转换的开始处，或是在转换时序的开始处变化一次后保持为低，直到时序结束。图2显示每次转换和数据传递使用16个时钟周期和在每次传递周期之间插入的时序，图3显示每次转换和数据传递使用16个时钟周期，仅在每次转换序列开始处插入一次时序。图216时钟传送时序图（使用，MSB在前）图316时钟传送时序图（不使用，MSB在前）5TLC2543在智能仪器仪表中的应用TLC2543是12位分辩率，与MAX186在功能上基本相同，但价格比MAX186低得多，因此TLC2543在便携式数据记录仪、医用仪器、电力检测仪表中具有广泛的应用。下面主要讲述TLC2543在电力监控显示屏中的应用。在电厂和变电站中，电网中的电压和电流由于多种原因常常处于波动状态，为了给工作人员提供有效数据，并在超值范围内采取有效措施，监测电网中电压和电流值是非常必要的。该系统主要是采用TLC2543作A/D转换器，把电压和电流值转换成数字信号，GMS90C32作CPU，进行数字信号处理，PS7219作LED显示驱动器，把监测的电压和电流值显示出来，本文主要介绍TLC2543在电力监控显示屏中与单片机GMS90C32的接口部分，包括硬件和软件两部分。5.1硬件GMS90C××和GMS97C××系列是LGS公司的51系列单片机，这类单片机都不带SPI或相同的接口能力，为了和TLC2543模数转换器接口，需要用软件来模拟SPI的时序操作。图4是TLC2543和GMS90C××或GMS97C××的接口简图，TLC2543的I/O时钟、数据输入、片选由并行双向I/O口1的引脚P1.0、P1.1、P1.3提供。TLC2543的转换结果数据通过口1的P1.2脚接收，通道选择和方式数据通过口3输入到微控制器。　　　图4TLC2543和GMS90C32接口在设计制作时要注意如下三个问题：（1）电源去耦当使用TLC2543这种12位A/D器件时，每个模拟IC的电源端必须用一个0.1μF的陶瓷电容连接到地，用作去耦电容。在噪声影响较大的环境中，建议每个电源和陶瓷电容端并一个10μF的钽电容，这样能够减小噪声的影响。（2）接地对模拟器件和数字器件，电源的地线回路必须分开，以防止数字部分的噪声电流通过模拟地回路引入，产生噪声电压，从而对模拟信号产生干扰。所有的地线回路都有一定的阻抗，因此地线要尽可能宽或用地线平面，以减小阻抗，连线应当尽可能短，如果使用开关电源，则开关电源要远离模拟器件。（3）电路板布线使用TLC2543时一定要注意电路板的布线，电路板的布线要确保数字信号和模拟信号隔开，模拟线和数字线特别是时钟信号线不能互相平行，也不能在TLC2543芯片下面布数字信号线。5.2软件包括主程序和两个子程序“SET1”、“SET2”。主程序定义口1的I/O引脚方向：P1.2设置为输入端，P1.0、P1.1和P1.3设置为输出端。设定P1.3使TLC2543片选端为高，“SET1”被调用，这个子程序模拟SPI操作，在TLC2543和微控制器间交换数据。检测最低位前导（LSBF）标志，即通道选择/方式数据字节的位1，以决定转换结果的哪个字节最先传送，子程序“SET2”用于映射相应于所选择的特定通道的MSBYTE和LSBYTE到偶数或奇数的RAM地址。程序清单如下：ORG2000HBEGIN：MOVSP，#50H；设置堆栈指针MOVP1，#04H；定义口1的输入和输出CLRP1.0；清I/O时钟SETBP1.3；设置片选为高MOVA，#0FFHACALLSET1；调SET1子程序ACALLSET2；调SET2子程序JMPBEGIN；转到BEGINSET1：MOVR4，P3；读方式/通道数据MOVA，R4CLRP1.3；设置片选为低JBACC.1，LSB；如果A的位1为1，则先传送低字节MSB：MOVR5，#08H；设置高4位计数器LOP1：MOVC，P1.2；读转换结果RLC A；A寄存器的内容左移MOVP1.1，C；输出方式/通道字节SETBP1.0；设置I/O时钟为高CLR P1.0；设置I/O时钟为低DJNZR5，LOP1；不为0则返回LOP1MOVR2，A；把高字节放到R2MOVA，R4；把方式/通道控制字放到R2JBACC.1，RETURNLSB：MOVR5，#08H；设置低字节计数器LOP2：MOVC，P1.2；读转换数据到CRLC A；A的内容到CMOVP1.1，C；输出方式/通道字节SETBP1.0；设置时钟为高CLRP1.0；设置时钟为低DJNZR5，LOP2；R5不为0，则返回LOP2MOVR3，A；把低字节反放到R3MOVA，R4；把方式/通道控制字放到R3JBACC.1，MSB；如果R4的位1为1，则传送高字节RETURN：RETSET2：MOVA，R4；读方式/通道控制字ANLA，#0F0H；保留通道控制字SWAPA；A寄存器中的高4和低4位交换MOVB，#02HMULA，B；A和B相乘ADDA，#030H；A的内容再加30HMOVR1，AMOVA，R2MOV@R1，A；把高字节的内容放到对应地址中INC R1MOVA，R3MOV@R1，A；把低字节的内容放到对应地址中RETEND参考文献1TI模数/数模转换器数据手册（第一册）.武汉力源电子股份有限公司,1998/04