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1 概述 TLC1549系列是美國德州儀器公司生產的具有串行控制、連續逐次逼近型的模數轉換器，它采用兩個差分基準電壓高阻輸入和一個三態輸出構成三線接口，其中三態輸出分別為片選(CS低電平有效)，輸入／輸出時鐘(I／O CLOCK)，數據輸出(DATAOUT)。TLC1549引腳排列如圖1所示。TLC1549能以串行方式送給單片機，其功能結構如圖2所示。由于TLC1549采用CMOS工藝。內部具有自動采樣保持、可按比例量程校準轉換范圍、抗噪聲干擾功能，而且開關電容設計使在滿刻度時總誤差最大僅為±1 LSB(4.8 mV)，因此可廣泛應用于模擬量和數字量的轉換電路。 TLC1549在工作溫度范圍內的極限參數： 電源電壓范圍：-0.5 V～6.5 V； 125℃輸入電壓范圍：-0.3 V～VCC+0.3 V； 輸出電壓范圍：-0.3～VCC+0.3 V； 正基準電壓：VCC+0.1 V； 負基準電壓：-0.1 V； 峰值輸入電流：+20 mA； 峰值總輸入電流：±30 mA； 工作溫度范圍：TLC1549M為-55℃～125℃，TLC1549C為0℃～70℃，TLC1549I為-40℃～85℃。 2 工作原理 TLC1549具有6種串行接口時序模式，這些模式是由I／O CLOCK周期和CS定義。根據TLC1549的功能結構和工作時序，其工作過程可分為3個階段：模擬量采樣、模擬量轉換和數字量傳輸。圖3所示為TLC1549的時序圖。 2.1 輸入的模擬量采樣 在第3個I／O CLOCK下降沿，輸入模擬量開始采樣，采樣持續7個I／O CLOCK周期，采樣值在第10個I／O CLOCK下降沿鎖存。 2.2 輸入的模擬量轉換 對于連續逐次逼近型的模數轉換器TLC1549，CMOS門限檢測器通過檢測一系列電容的充電電壓決定A／D轉換后的數字量的每一位，如圖4所示。在轉換過程的第一階段，模擬輸入量同時關閉SC和ST進行充電采樣，這一過程使所有電容的充電電壓之和達到模數轉換器的輸入電壓。轉換過程的第二階段打開所有SC和ST，CMOS門限檢測器通過識別每一只電容的電壓確定每一位，使其接近參考電壓。在這個過程中，10只電容逐一檢測，直到確定轉換的十位數字量。其詳細步驟為：門限檢測器檢測第一只電容(weight=512)的電壓，該電容的節點512連接到REF+。梯型網絡中，其他電容的等效節點接到REF-。如果總節點的電壓大于門限檢測器的電壓(大約VCC的一半)，“0”被送至輸出寄存器，此時512-weight的電容連接到REF-。經反相后為“1”，即為最高位MSB為1；如果總節點的電壓小于門限檢測器的電壓(大約VCC的一半)，“1”被送至輸出寄存器，此時512-weight的電容連接到REF+，經反相后為“0”，存為最高位MSB為0。對于256-weight的電容和128-weight的電容也要通過連續逐次逼近型的重復操作，直到確定從高位(MSB)到低位(LSB)所有數字量，即為初始的模擬電壓數字量。整個轉換過程調整VREF+和VREF1以便從數字0至1跳變的電壓(VZT)為0.002 4 V，滿度跳變電壓(VFT)為4.908 V，即1 LSB=4.8 mV。 2.3 數字量的傳輸 當片選CS由低電平變為高時，I／O CLOCK禁止且A／D轉換結果的三態串行輸出DATA OUT處于高阻狀態；當串行接口將CS拉至有效時，即CS由高變為低時，CS復位內部時鐘，控制并使能DA-TA OUT和I／O CLOCK，允許I／O CLOCK工作并使DATA OUT脫離高阻狀態。串行接口把輸入／輸出時鐘序列供給I／O CLOCK并接收上一次轉換結果。首先移出上一次轉換結果數字量對應的最高位，下一個I／O CLOCK的下降沿驅動DATA OUT輸出上一次轉換結果數字量對應的次高位，第9個I／OCLOCK的下降沿將按次序驅動DATA OUT輸出上一次轉換結果數字量的最低位，第10個I／OCLOCK的下降沿，DATA OUT輸出一個低電平，以便串行接口傳輸超過10個時鐘；I／O CLOCK從主機串行接口接收長度在10～16個時鐘的輸入序列。 CS的下降沿，上一次轉換的MSB出現在DATA OUT端。10位數字量通過DATA OUT發送到主機串行接口。為了開始傳輸，最少需要10個時鐘脈沖，如果I／OCLOCK傳送大于10個時鐘，那么在第10個時鐘的下降沿，內部邏輯把DATA OUT拉至低電平以確保其余位清零。在正常轉換周期內，即規定的時間內CS端由高電平至低電平的跳變可以終止該周期，器件返回初始狀態(輸出數據寄存器的內容保持為上一次轉換結果)。由于可能破壞輸出數據，所以在接近轉換完成時要小心防止CS拉至低電平。 3 實例應用及編程 實踐中，某功能模塊需將模擬電壓轉換為數字量，經過單片機處理后，儲存在EEPROM中。利用P1.7作為片選端ADCS，P1.6作為數據輸出端AD-DATA，P1.5作為時鐘端ADCLK。圖5所示為A／D串行接口應用原理圖。 對于較大程序，應采用結構化程序設計，將整個程序按功能分成若干個模塊，不同的模塊完成不同的功能，這樣可使整個應用系統程序結構清晰，易于調試和維護。以下給出了程序代碼： 4 結束語 利用A／D串行輸出設計不但提高了模數轉換的精度，具有抗干擾性，而且節省了大量元件和印刷電路板的空間。該系統設計已經成功應用于工業現場控制系統的數據測量。 |
