单片机与串行AD转换器TLC0834的接口设计

摘要：TLC0834是TI公司生产的八位逐次逼近模数转换器，具有输入可配置的多通道多路器和串行输入方式。文中以AT89C51 CPU为核心，采用LTC0834八位串行A/D转换器设计了一个可将模拟信号转换为数字信号的电路。

    关键词：单片机 A/D转换器 TLC0834

单片机控制系统通常要用到Ａ／Ｄ转换。根据输出的信号格式，比较常用的Ａ／Ｄ转换方式可分为并行Ａ／Ｄ和串行Ａ／Ｄ。并行方式一般在转换后可直接接收，但芯片的引脚比较多；串行方式所用芯片引脚少，封装小，在ＰＣＢ板上占用的空间也小，但需要软件处理才能得到所需要的数据。

图1 TLC0834的工作时序图

１　ＴＬＣ０８３４简介

１．１ ＴＬＣ０８３４的主要特点

ＴＬＣ０８３４是ＴＩ公司生产的８位逐次逼近模数转换器?具有输入可配置的多通道多路器和串形输入输出方式。其多路器可由软件配置为单端或差分输入，也可以配置为伪差分输入。另外，其输入基准电压大小可以调整。在全８位分辨率下，它允许任意小的模拟电压编码间隔。由于ＴＬＣ０８３４采用的是串行输入结构，因此封装体积小，可节省５１系列单片机Ｉ／Ｏ资源，价格也较适中。其主要特点如下：

● ８位分辨率；

● 易于和微处理器接口或独立使用；

● 可满量程工作；

● 可用地址逻辑多路器选通４输入通道；

● 单５Ｖ供电，输入范围为０～５Ｖ；

● 输入和输出与ＴＴＬ、ＣＭＯＳ电平兼容；

● 时钟频率为２５０ｋＨｚ时，其转换时间为３２μｓ；

● 可以和美国国家半导体公司的ＡＤＣ０８３４和ＡＤＣ０８３８进行替换，但它内部不带齐纳稳压器网络；

● 总调整误差为±１ＬＳＢ。

１．２ 工作特点

ＴＬＣ０８３４可通过和控制处理器相连的串行数据链路来传送控制命令，因而?可用软件对通道进行选择和输入端进行配置，其控制逻辑表如表１所列。

表1 TLC0834多路器的控制逻辑表

多路器地址			通  道  号
SGL/DIF	ODD/EVEN	SELECT BIT1	CH0 CH1 CH2 CH3
L L H H	L H L H	L H L H	+    -              +   -     +    -              -   +
H H H H	L L H H	L H L H	+              +          +                  +

输入配置可在多路器寻址时序中进行。多路器地址可通过ＤＩ端移入转换器。多路器地址选择模拟输入通道可决定输入是单端输入还是差分输入。当输入是差分时，应分配输入通道的极性，并应将差分输入分配到相邻的输入通道对中。例如通道０和通道１可被选为一对差分输入。另外，在选择差分输入方式时，极性也可以选择。一对输入通道的两个输入端的任何一个都可以作为正极或负极。

通常ＴＬＣ０８３４在输出以最高位（ＭＳＢ）开头的数据流后，会以最低位（ＬＳＢ）开头重输出一遍（前面的数据流）。其工作时序如图１所示。

１．３ 引脚功能

ＴＬＣ０８３４的引脚排列如图２所示，其中ＣＨ０～ＣＨ３为模拟输入端； ＣＳ 为片选端；ＤＩ为串行数据输入，该端仅在多路器寻址时（ＭＵＸ Ｓｅｔｔｌｉｎｇ Ｔｉｍｅ）才被检测；ＤＯ为Ａ／Ｄ转换结果的三态串行输出端；ＣＬＫ为时钟；ＳＡＲＳ为转换状态输出端，该端为高电平时，表示转换正在进行，为低电平则表示转换完成；ＲＥＦ为参考电压输入端；ＶＣＣ为电源；ＤＧＴＬ ＧＮＤ为数字地，ＡＮＧＬ ＧＮＤ为模拟地。 

２　与单片机的接口电路设计

ＴＬＣ０８３４与８９Ｃ５１单片机的硬件接口电路的电路原理如图３所示。图中，单片机的Ｐ１．７接ＴＬＣ０８３４的片选信号， Ｐ１．６用于产生Ａ／Ｄ转换的时钟， Ｐ１．５为一个双向Ｉ／Ｏ口位，可用于对模拟输入进行配置及输出转换所得的数据。在这里，模拟信号以单端方式输入，参考电压为５Ｖ，即Ａ／Ｄ模拟量的输入范围为０～５Ｖ。

３　单片机的软件设计

该系统在工作时，单片机将通过编程产生串行时钟，并按时序发送与接收数据位，以完成通道方式／通道数据的写入和转换结果的读出。篇幅有限，现以通道０单端输入模拟信号为例，给出Ａ／Ｄ转换的程序：

ＣＬＲ Ｐ１．６ ；清时钟

ＣＬＲ Ｐ１．５

ＳＥＴＢ Ｐ１．７ ；置片选为高

ＣＬＲ Ｐ１．７ ；置片选为低

ＳＥＴＢ Ｐ１．５ ?１ Ｓｔａｒｔ Ｂｉｔ

ＳＥＴＢ Ｐ１．６

ＣＬＲ Ｐ１．６

ＳＥＴＢ Ｐ１．５ ?１

ＳＥＴＢ Ｐ１．６

ＣＬＲ Ｐ１．６

ＣＬＲ Ｐ１．５ ?０

ＳＥＴＢ Ｐ１．６

ＣＬＲ Ｐ１．６

ＣＬＲ Ｐ１．５ ?０ ＣＨ０

ＳＥＴＢ Ｐ１．６

ＣＬＲ Ｐ１．６ ?通道０，单端输入

ＳＥＴＢ Ｐ１．６

ＣＬＲ Ｐ１．６

ＳＥＴＢ Ｐ１．５ ?Ｐ１．５由输出状态改

为输入状态

ＬＣＡＬＬ ＡＤＣＯＮＶ

···

···

···

ＡＤＣＯＮＶ： ＭＯＶ Ｒ０?＃０８Ｈ

ＡＤＬＯＰ０： ＭＯＶ Ｃ?Ｐ１．５ ；读转换结果

ＲＬＣ Ａ ；累加器Ａ左移，将结果

逐位移入Ａ中

ＳＴＥＢ Ｐ１．６

ＣＬＲ Ｐ１．６

ＤＪＮＺ Ｒ０?ＡＤＬＯＰ０

ＭＯＶ Ｒ０?＃０７Ｈ

ＡＤＬＯＰ１： ＳＥＴＢ Ｐ１．６

ＣＬＲ Ｐ１．６

ＤＪＮＺ Ｒ０?ＡＤＬＯＰ１

ＳＥＴＢ Ｐ１．６

ＣＬＲ Ｐ１．６

ＳＥＴＢ Ｐ１．６

ＣＬＲ Ｐ１．６

ＳＥＴＢ Ｐ１．７ ；置片选信号为高，

结束一次转换

ＲＥＴ

转换结果经换算后可转换为十进制数显示出来。如在精度要求较高的场合，可以选用位数更多的串行Ａ／Ｄ并取高位数据。限于篇幅，该部分程序本文不作介绍。

 ４　结论

本文给出的硬件和软件均经实践检验，并已在某公司的产品上应用，其性价比较高，可大大降低生产成本。