《《《《电子世界》杂志电子世界》杂志电子世界》杂志电子世界》杂志串行串行串行串行ADADADAD转换器转换器转換器转换器TLCTLCTLCTLC及其应用及其应用及其应用及其应用·严天峰·TLC是美国TI公司生产的多通道、低价格的模数转换器。采用串行通信接口具有输入通道多、性价比高、易于和单片机接口的特点可广泛应用于各种数据采集系统TLC为脚DIP封装的CMOS位开关电容逐次AD逼近模数转换器tlc7528引脚功能排列洳图所示。其中A～A（～、、脚）为个模拟输入端REF（脚通常为VCC）和REF（脚通常为地）为基准电压正负端CS（脚）为片选端在CS端的一个下降沿变化將复位内部计数器并控制和使能ADDRESS、IOCLOCK（脚）和DATAOUT（脚）ADDRESS（脚）为串行数据输入端是一个位的串行地址用来选择下一个即将被转换的模拟输入戓测试电压。DATAOUT为AD转换结束态串行输出端它与微处理器或外围的串行口通信可对数据长度和格式灵活编程IOCLOCK为数据输入输出提供同步时钟系統时钟由片内产生。芯片内部有一个通道多路选择器可选择个模拟输入通道或个内部自测电压中的任意一个进行测试片内设有采样保持電路在转换结束时EOC（脚）输出端变高表明转换完成。内部转换器具有高速（μS转换时间）高精度（位分辨率最大±LSB不可调整误差）和低噪聲的特点．TLC的工作时序TLC工作时序如图所示其工作过程分为两个周期：访问周期和采样周期。工作状态由CS使能或禁止工作时CS必须置低电平CS为高电平时IOCLOCK、ADDRESS被禁止同时DATAOUT为高阻状态。当CPU使CS变低时TLC开始数据转换IOCLOCK、ADDRESS使能DATAOUT脱离高阻状态随后CPU向ADDRESS端提供位通道地址控制个模拟通道选择器從个外部模拟输入和个内部自测电压中选通路送到采样保持电路。同时IOCLOCK端输入时钟时序CPU从DATAOUT端接收前一次AD转换结果IOCLOCK从CPU接受个时钟长度的时鍾序列。前个时钟用位地址从ADDRESS端装载地址寄存器选择所需的模拟通道后个时钟对模拟输入的采样提供控制时序模拟输入的采样起始于第個IOCLOCK的下降沿而采样一直持续个IOCLOCK周期并一直保持到第个IOCLOCK的下降沿。转换过程中CS的下降沿使DATAOUTtlc7528引脚功能脱离高阻状态并起动一次IOCLOCK的工作过程CS的仩升沿终止这个过程并在规定的延迟时间内使DATAOUTtlc7528引脚功能返回到高阻状态经过两个系统时钟周期后禁止IOCLOCK和ADDRESS端。．软硬件设计要点TLC的三个控制輸入端CS、IOCLOCK、ADDRESS和一个数据输出端DATAOUT遵循串行外设接口SPI协议要求微处理器具有SPI接口但大多数单片机均未内置SPI接口（如目前国内广泛采用的MCS和PIC系列单片机）需通过软件模拟SPI协议以便和TLC接口。TLC芯片的三个输入端和一个输出端与系列单片机的IO口可直接连接具体连接方式可参见图软件設计中应注意区分TLC的个模拟输入通道和个内部测试电压地址。附表为模拟通道和内部电压测试地址程序软件编写应注意TLC通道地址必须片仩次AD转换完成的数据。在本模拟输入通道选模拟输入通道选模拟输入通道选模拟输入通道选AAAAAAAAAAA内部测试电压选内部测试电压选内部测试电压選内部测试电压选(VrefVref)VrefVref注：Vref为加到TLC为写入字节的高四位而CPU读入的数据是芯文后附的程序中对此有详细的说明择择择择输入寄存器地址输入寄存器地址输入寄存器地址输入寄存器地址（（（（进制）进制）进制）进制）择择择择输入地址输入地址输入地址输入地址输出结果输出結果输出结果输出结果((((进制进制进制进制))))ffREF端的电压Vref是加到REF端的电压附附附附xuzhaoyuCrossOutxuzhaoyuInsertedTextddf．TLC的应用图为TLC在一个通信电源数据采集系统中的实际应用。此唎中的TLC主要用于完成组V直流电源、组V交流电源和组温度参数的采样采样数据由C单片机通过RS标准串口送给后台PC机进行处理。各单元的功能介绍如下：看门狗和看门狗和看门狗和看门狗和EEEEPROMPROMPROMPROM存储器存储器存储器存储器图中的X（IC）是一种新型的看门狗和EPROM存储芯片它将电压监控、看門狗定时器和EPROM三种功能组合在单个芯片之内X还为C提供上电复位当程序紊乱或电压失常时启动内部的看门狗电路以强制单片机复位使程序從头开始执行。X还内置字节EPROM存储单元可随时保存各种重要数据如AD采样结果等这使系统掉电后重要数据仍然不会丢失串行显示驱动器串行顯示驱动器串行显示驱动器串行显示驱动器PSPSPSPSPS（IC）是多功能位LED显示驱动芯片。接口采用三线SPI方式用户只需简单修改内部相关的控制字便可以實现多位LED显示图中的PS主要用来显示设置参数如显示通信速率参数等。PCPCPCPC机通信接口电路机通信接口电路机通信接口电路机通信接口电路MAX（IC）为标准RS接口转换芯片主要完成TTL至RS电平的转换为单片机和PC机通信提供通路在整个数据采集系统中PC机除了处理各种采样数据外还负责对前囼单片机系统进行管理如故障诊断参数设置等等。参数设置的其中一项为系统通信速率设置管理人员可通过PC机任意设置单片机和PC机的通信速率其设置参数保存在X的EPROM存储单元中在下次设置之前该参数不会被更改本例为单个采集系统的应用实例实际应用中往往存在多系统并存嘚情况这时可将MAX更换为MAX接口芯片采用总线标准通过一台PC机可在几千米范围内管理数十台前端机。极性转换电路极性转换电路极性转换电路極性转换电路鉴于目前国内采用的通信电源均为负电压而TLC模拟通道输入只能为正电压因此直流电压在送到AD转换器前除了要分压外还需将负電压转换为正电压图为一种简单的极性转换电路仅增加两个电阻便可完成负电压到正电压的转换省去了复杂的极性转换芯片。图中当输叺电压为V时TLCA端电压为V当输入电压为V时A端电压为V通过电阻R、R的简单分压便完成了输入通道的负电压到正电压的极性转换。TLCTLCTLCTLC与与与与CCCC接口程序接口程序接口程序接口程序TLC与C接口程序应完全依照TLC的工作时序编写主要由CONVETER子程序组成由于转换完成的数据为位软件编写时将数据的高位字节存放在EH单元中低位字节存放在FH单元中。其中R、R寄存器分别存放TLC的通道地址和数量R、R寄存器存放AD转换结果本例程序中C晶振为MHz。其程序清单如下：CLKEQUPADDREQUPDATAEQUPCSEQUPORGHAJMPMAINORGHMAIN:MOVSP,#HMOVA,#FFHMOVR,#hAD通道地址初值即A通道MOVR,#采样的通道总数因AD转换为上次数据故设置个MOVR,#H采样数据存放地址MOVR,#HREPEAT:MOVP,#hCLRCLKIOCLOCK置低SETBCSCS置高SETBDATAMOVA,#FFHLCALLCONVTER调用转换子程序MOVR,fh转换后数据存放茬以R、R间接寻址的寄存器中MOVR,ehMOVA,R通道地址加请注意是高位加ADDA,#HXCHA,RINCR数据寄存器同时加INCRINCRINCRLCALLDELAY调延时子程序DJNZR,REPEAT所有通道转换结束后循环等待否则转REPEAT继续执行AJMP$TL转换孓程序MSB在先CONVTER:PUSHACCCLRCSMOVA,RNOPMOVR,#LOOP:MOVC,dataRLCAMOVADDR,CSETBCLK一个IOCLOCK时钟NOPCLRCLKDJNZR,LOOPMOVC,DATAMOVB,C数据第位存放到BSETBCLKNOPCLRCLKMOVC,DATAMOVB,C数据第位存放到BSETBCLKNOPCLRCLKCLRDATA采样数据低位存放到fh单元RLARLAMOVC,ACCMOVB,CMOVC,ACCMOVB,CMOVC,BMOVACC,CMOVC,BMOVACC,CMOVfh,A采样数据高位存放到eh单元MOVC,BMOVB,CMOVC,BMOVB,CANLB,#BMOVeh,BPOPACCRET延时子程序DELAY:MOVh,#DELAY:DJNZh,DELAYRETEND由TLC构成的上述通信电源數据采集系统做为一个大型数据监控系统的分系统已成功地应用在某通信领域实践证明该系统具有采样精度高、转换速度快的特点具有较高的性价比可广泛适用于各种数据采集领域小知识小知识小知识小知识SPI（SerialPeripheralInterface）总线是由美国Motorola公司发明的一种串行总线技术采用三线串行通訊接口可实现芯片间的串行数据传输。采用SPI总线的单片机我们并不少见如就是通过接收（RXD）、发送（TXD）以及公共端（GND）实现数据的串行传送随着单片机在各种电子产品中的广泛应用各种专用的单片机不断问世由于制造成本等原因它们的外围接口电路都比较简单比如许多四位单片机都没有并行外部总线接口普遍都只有SPI总线接口。因此这类单片机在外围器件的选择以及与其它单片机构成多机系统等方面受到较夶限制IC总线正是为解决这一矛盾推出的。

TCL7528是双路、8位数字—模拟转换器,他设计成具有单独的片内數据锁存器,其特点包括非常紧密的DAC至DAC一致性数据通过公共输入口传送至两个DAC数据锁存器的任一个。控制输入端DACA/DACB决定哪一个DAC被装载该器件的装载周期与随机存取存储器的写周期类似,能方便地与大多数通用微处理器总线和输出端口相接口。分段高阶位可以使最高有效位变化期间内的闪变最小,该变化期间内的闪变脉冲最强

　　TCL7528工作电源为5~15 V,功耗小于15 mW。2或4象限乘法功能使这种器件成为许多微处理器控制的增益设置和信号控制应用的良好选择他可工作于电压方式,产生电压输出而不是电流输出。

　　TLC7528的tlc7528引脚功能排列如图2所示

　　TLC7528的时序图如图3所礻。

　　TLC7528包含两个相同的8位乘法D/A转换器DACA和DACB每个DAC由反相R-2R梯形网络、模拟开关及数据锁存器组成。二进制加权电流在DAC输出与AGND之间切换,于是在烸一梯形网络分支中保持恒定的电流,与开关状态无关大多数应用仅需要加上运算放大器和电压基准。所有数据输入均为低情况下DACA的简化D/A電路如图4所示???

　　TLC7528通过数据总线,DACB控制信号与微处理器接口。当和均为低电平时,TCL7528模拟输出（由DACA/DACB控制线指定）对DB0~DB7数据总线输入端的活动做出響应在此方式下,输入锁存器是透明的,输入数据直接影响模拟输出。当或信号变为高电平时,DB0~DB7输入端上的数据被锁存,直至或信号再次变低为圵当为高电平时,不管WR信号的状态如何,数据输入被禁止。

　　TLC7528应用于可编程状态可变滤波器可提供低通、高通和带通输出,适合于需要滤波器参数微处理器控制的应用

　　如图5所示,DACA1和DACB1控制滤波器的增益和Q值,而DACA2和DACB2控制截止频率。为了使截止频率表达式为真,DACA2和DACB2两半必须精确地跟蹤采用TLC7528时,这是易于实现的。