TLC1543

TLC1543是美國TI公司生產的多通道、低價格的模數轉換器。採用串列通信接口，具有輸入通道多、性價比高、易於和單片機接口的特點，可廣泛套用於各種數據採集系統。

基本介紹

• 中文名：TLC1543
• 外文名：無
• 來源：美國
• 屬性：模數轉換器
• 周期：周期和採樣周期
• 要求：微處理器具有SPI接口

TLC1543簡介及其套用

TLC1543是美國TI公司生產的多通道、低價格的模數轉換器。採用串列通信接口，具有輸入通道多、性價比高、易於和單片機接口的特點，可廣泛套用於各種數據採集系統。 TLC1543為20腳DIP封裝的CMOS 10位開關電容逐次A/D逼近模數轉換器，引腳排列如圖1所示。其中A0～A10（1～9、11、12腳）為11個模擬輸入端，REF+（14腳，通常為VCC）和REF-（13腳，通常為地）為基準電壓正負端，CS（15腳）為片選端，在CS端的一個下降沿變化將復位內部計數器並控制和使能ADDRESS、I/O CLOCK（18腳）和DATA OUT（16腳）。ADDRESS（17腳）為串列數據輸入端，是一個4位的串列地址用來選擇下一個即將被轉換的模擬輸入或測試電壓。DATA OUT 為A/D轉換結束3態串列輸出端，它與微處理器或外圍的串列口通信，可對數據長度和格式靈活編程。I/O CLOCK為數據輸入/輸出提供同步時鐘，系統時鐘由片內產生。晶片內部有一個14通道多路選擇器，可選擇11個模擬輸入通道或3個內部自測電壓中的任意一個進行測試。片內設有採樣-保持電路，在轉換結束時，EOC（19腳）輸出端變高表明轉換完成。內部轉換器具有高速（10μS轉換時間），高精度（10位解析度，最大±1LSB不可調整誤差）和低噪聲的特點。

1．工作時序

TLC1543工作時序如圖2所示，其工作過程分為兩個周期：訪問周期和採樣周期。工作狀態由CS使能或禁止，工作時CS必須置低電平。CS為高電平時，I/O CLOCK、ADDRESS被禁止，同時DATA OUT為高阻狀態。當CPU使CS變低時，TLC1543開始數據轉換，I/O CLOCK、ADDRESS使能，DATA OUT脫離高阻狀態。隨後，CPU向ADDRESS端提供4位通道地址，控制14個模擬通道選擇器從11個外部模擬輸入和3個內部自測電壓中選通1路送到採樣保持電路。同時，I/O CLOCK端輸入時鐘時序，CPU從DATA OUT 端接收前一次A/D轉換結果。I/O CLOCK從CPU 接受10個時鐘長度的時鐘序列。前4個時鐘用4位地址從ADDRESS端裝載地址暫存器，選擇所需的模擬通道，後6個時鐘對模擬輸入的採樣提供控制時序。模擬輸入的採樣起始於第4個 I/O CLOCK的下降沿，而採樣一直持續6個I/O CLOCK周期，並一直保持到第10個 I/O CLOCK的下降沿。轉換過程中，CS的下降沿使DATA OUT引腳脫離高阻狀態並起動一次I/O CLOCK的工作過程。CS的上升沿終止這個過程並在規定的延遲時間內使DATA OUT引腳返回到高阻狀態，經過兩個系統時鐘周期後禁止I/OCLOCK和ADDRESS端。

2．軟硬體設計要點

TLC1543的三個控制輸入端CS、I/O CLOCK、ADDRESS和一個數據輸出端DATA OUT遵循串列外設接口SPI協定，要求微處理器具有SPI接口。但大多數單片機均未內置SPI接口（如目前國內廣泛採用的MCS51和PIC系列單片機），需通過軟體模擬SPI協定以便和TLC1543接口。TLC1543晶片的三個輸入端和一個輸出端與51系列單片機的I/O口可直接連線，具體連線方式可參見圖3。軟體設計中，應注意區分TLC1543的11個模擬輸入通道和3個內部測試電壓地址。附表為模擬通道和內部電壓測試地址。程式軟體編寫應注意TLC1543通道地址必須為寫入位元組的高四位，而CPU讀入的數據是晶片上次A/D轉換完成的數據。在本文後附的程式中對此有詳細的說明。模擬輸入通道選擇 輸入暫存器地址（2進制）。

A0 0000

A1 0001

A2 0010

A3 0011

A4 0100

A5 0101

A6 0110

A7 0111

A8 1000

A9 1001

A10 1010

內部測試電壓選擇 輸入地址 輸出結果(16進制)

(Vref++ Vref-)/2_ 1011 200

Vref- 1100 000

Vref+ 1101 3ff

註：Vref+為加到TLC1543 REF+端的電壓，Vref-是加到REF-端的電壓

3．套用

TLC1543在一個通信電源數據採集系統中的實際套用。此例中的TLC1543主要用於完成8組-48V直流電源、2組220V交流電源和1組溫度參數的採樣。採樣數據由89C51單片機通過RS232標準串口送給後台PC機進行處理。各單元的功能介紹如下：

1. 看門狗和E2PROM存儲器。 圖3中的X25045（IC4）是一種新型的看門狗和E2PROM存儲晶片，它將電壓監控、看門狗定時器和E2PROM三種功能組合在單個晶片之內。X25045還為89C51提供上電復位，當程式紊亂或電壓失常時啟動內部的看門狗電路以強制單片機復位，使程式從頭開始執行。X25045還內置512位元組E2PROM存儲單元，可隨時保存各種重要數據，如A/D採樣結果等，這使系統掉電後重要數據仍然不會丟失。
2. 串列顯示驅動器 PS7219（IC2）是多功能 8 位 LED顯示驅動晶片。接口採用三線SPI 方式，用戶只需簡單修改內部相關的控制字，便可以實現多位LED 顯示。圖3 中的PS7219 主要用來顯示設定參數，如顯示通信速率參數等。
3. PC 機通信接口電路 MAX232（IC3）為標準 RS232 接口轉換晶片，主要完成TTL 至RS232 電平的轉換，為單片機和PC 機通信提供通路。在整個數據採集系統中，PC 機除了處理各種採樣數據外，還負責對前台單片機系統進行管理，如故障診斷，參數設定等等。參數設定的其中一項為系統通信速率設定，管理人員可通過PC 機任意設定單片機和PC 機的通信速率，其設定參數保存在X25045 的E2PROM 存儲單元中，在下次設定之前，該參數不會被更改。本例為單個採集系統的套用實例，實際套用中往往存在多系統並存的情況，這時可將MAX232 更換為MAX485 接口晶片，採用485 匯流排標準，通過一台PC 機可在幾千米範圍內管理數十台前端機。
4. 極性轉換電路 鑒於目前國內採用的通信電源均為負電壓，而 TLC1543模擬通道輸入只能為正電壓，因此-48 直流電壓在送到A/D 轉換器前除了要分壓外，還需將負電壓轉換為正電壓。圖4 為一種簡單的極性轉換電路，僅增加兩個電阻便可完成負電壓到正電壓的轉換，省去了複雜的極性轉換晶片。圖4 中當輸入電壓為0V 時，TLC1543 A0 端電壓為2.5V；當輸入電壓為-5V 時，A0 端電壓為0V。通過電阻R1、R2 的簡單分壓便完成了輸入通道的負電壓到正電壓的極性轉換。
5. TLC1543與89C51接口程式 TLC1543 與 89C51 接口程式應完全依照TLC1543 的工作時序編寫，主要由CONVETER 子程式組成。由於轉換完成的數據為10 位，軟體編寫時將數據的高位位元組存放在2EH 單元中，低位位元組存放在2FH 單元中。其中R4、R3暫存器分別存放TLC1543 的通道地址和數量；R1、R2 暫存器存放A/D轉換結果。本例程式中89C51 晶振為11.0592MHz。

其程式清單如下：

CLK EQU P1.4

ADDR EQU P1.5

DATA1 EQU P1.6

CS EQU P1.7

ORG 0000H

AJMP MAIN

ORG 0100H

MAIN:MOV SP,#60H

MOV A,#0FFH

MOV R4,#00h ; A/D 通道地址初值，即A0通道

MOV R5,#15 ; 採樣的通道總數，因A/D轉換為上次數據，故設定15個

MOV R0,#30H ；採樣數據存放地址

MOV R1,#31H ；

REPEAT:MOV P1,#04h

CLR CLK ； I/O CLOCK置低

SETB CS ； CS 置高

SETB DATA1

MOV A,#0FFH

LCALL CONVTER ；調用轉換子程式

MOV @R0,2fh ；轉換後數據存放在以R0、R1間接定址的暫存器中

MOV @R1,2eh

MOV A,R4 ；通道地址加1，請注意是高4位加1

ADD A,#10H

XCH A,R4

INC R0 ；數據暫存器同時加2

INC R0

INC R1

INC R1

LCALL DELAY ；調延時子程式

DJNZ R5,REPEAT ；所有通道轉換結束後，循環等待；否則轉REPEAT繼續執行

AJMP $

; TL1543轉換子程式，MSB在先

CONVTER:PUSH ACC

CLR CS

MOV A,R4

NOP

MOV R3,#8

LOOP: MOV C,data1

RLC A

MOV ADDR,C

SETB CLK ；一個I/O CLOCK時鐘

CLR CLK

DJNZ R3,LOOP

MOV C,DATA1

MOV B.1,C ；數據第9位存放到B.1

SETB CLK

NOP

CLR CLK

MOV C,DATA1

MOV B.0,C ；數據第10位存放到B.0

SETB CLK

NOP

CLR CLK

CLR DATA1

;採樣數據低位存放到2fh單元

RL A

RL A

MOV C,ACC.1

MOV B.2,C

MOV C,ACC.0

MOV B.3,C

MOV C,B.1

MOV ACC.1,C

MOV C,B.0

MOV ACC.0,C

MOV 2fh,A ;

; 採樣數據高位存放到 2eh單元

MOV C,B.2

MOV B.1,C

MOV C,B.3

MOV B.0,C

ANL B ,#00000011B

MOV 2eh,B

POP ACC

RET

; 延時子程式

DELAY:MOV 51h,#200

DELAY1:DJNZ 51h,DELAY1

RET

END

由於TLC1543構成的上述通信電源數據採集系統做為一個大型數據監控系統的分系統已成功地套用在某通信領域，實踐證明，該系統具有採樣精度高、轉換速度快的特點，具有較高的性價比，可廣泛適用於各種數據採集領域。

小知識

SPI（Serial Peripheral Interface）匯流排是由美國 Motorola公司發明的一種串列匯流排技術，採用三線串列通訊接口，可實現晶片間的串列數據傳輸。採用SPI 匯流排的單片機我們並不少見，如8031 就是通過接收（RXD）、傳送（TXD）以及公共端（GND）實現數據的串列傳送。

隨著單片機在各種電子產品中的廣泛套用，各種專用的單片機不斷問世，由於製造成本等原因，它們的外圍接口電路都比較簡單，比如許多四位單片機都沒有並行外部匯流排接口，普遍都只有SPI 匯流排接口。因此這類單片機在外圍器件的選擇以及與其它單片機構成多機系統等方面受到較大限制。I2C 匯流排正是為解決這一矛盾推出的。