TLC1540/TLC541及其應(yīng)用

1. TLC1540/1541的特點

?????? 1.1 概述

?????? TLC1540/1541是以10位開關(guān)電容逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器為基礎(chǔ)而構(gòu)造的CMOS A/D轉(zhuǎn)換器。它們設(shè)計成能通過三態(tài)輸出和模擬輸入與微處理器或外圍設(shè)備串行接口，也可以獨立工作。TLC1540/1541僅用輸入/輸出時鐘（I/O CLOCK）和芯片選擇（）輸入作數(shù)據(jù)控制，其最高I/O CLOCK輸入頻率為1.1MHz，應(yīng)用與TLC540/541類似。不同的是TLC1540/1541提供了片內(nèi)系統(tǒng)時鐘，通常工作在2.1MHz而不需要外部時鐘。片內(nèi)系統(tǒng)時鐘使內(nèi)部器件的操作獨立于串行輸入/輸出時序并允許TLC1540/1541象許多軟件和硬件所要求的那樣工作。I/O CLOCK和內(nèi)部系統(tǒng)時鐘一起可以實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳送以及每秒32258次轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速度。

?????

? TLC1540/1541具有通用控制邏輯及自動工作或在MCU 控制下工作的片內(nèi)采樣-保持電路，還有差分高阻抗基準電壓輸入端，易于實現(xiàn)比例轉(zhuǎn)換（ratiometric conversion）的高速轉(zhuǎn)換器、定標（scaling）以及與邏輯和電源噪聲隔離的電路。整個開關(guān)電容逐次逼近轉(zhuǎn)換器電路的設(shè)計允許在小于21μs的時間內(nèi)以最大誤差分別為+0.5最低有效位（TLC1540）和+1最低有效位（TLC1541）的精度實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。

?????? TLC1540C/1541C的工作溫度范圍是0℃-70℃，封裝都有SO、PCC和PDIP三種形式。

??????

?1.2特點

?????? TLC1540/1541具有以下特點：

?????? 10位分辨率A/D轉(zhuǎn)換器
????? ?微處理器外設(shè)或獨立工作
?????? 差分基準輸入電壓
?????? 轉(zhuǎn)換時間 21μs Max?
?????? 12個通道的模擬開關(guān)
?????? 片內(nèi)軟件可控采樣-保持
?????? 總不可調(diào)整誤差（Total Unadjusted Error）：
?????? TLC1540：+0.5LSB Max
?????? TLC1541：+1LSB Max
?????? 2.1MHz典型內(nèi)部系統(tǒng)時鐘
?????? 寬電源電壓范圍 3V-6V
?????? 低功耗 6mW Max
?????? 能理想地用于包括電池供電的便攜式儀表的低成本、高性能應(yīng)用
?????? 引腳和控制信號與TLC540、TLC545 8位A/D轉(zhuǎn)換器以及TLC548/549 8位A/D轉(zhuǎn)換器兼容
?????? CMOS工藝

?????? 1.3 功能方框圖和引腳排列

?????? TLC1540/1541的功能方框圖如圖1所示，主要由采樣-保持電路、多路模擬開關(guān)、片內(nèi)時鐘電路、開關(guān)電容A/D轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)輸出寄存器、控制邏輯及數(shù)據(jù)選擇和驅(qū)動器等部分組成。小型和PDIP封裝的TLC1540/1541的引腳排列如圖2所示。


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sp;?????????????? 圖2 TLC1540/1541引腳排列圖

?????? 2 特性與工作原理

?????? 2.1 TLC1540/1541在工作范圍內(nèi)的極限參數(shù)

?????? 電源電壓VCC 6.5V
?????? 任何輸入端輸入電壓范圍
?????? -0.3V~VCC+0.3V
?????? 輸出電壓范圍 -0.3V~VCC+0.3V
?????? 峰值輸入電流范圍 +10mA
?????? 峰值總輸入電流范圍 +30mA
?????? 工作溫度范圍（自然通風）
?????? TLC1540C/1541C 0℃~70℃
?????? 儲存溫度范圍 -65℃~150℃
?????? 引線溫度(離外殼1.6mm）260℃ 10秒
??????
?????? 2.2 工作原理

?????? TLC1540/1541是在單個芯片內(nèi)的完善的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。每一個器件包含內(nèi)部系統(tǒng)時鐘、采樣和保持、10位A/D轉(zhuǎn)換器、片上寄存器以及控制邏輯電路。為了提高靈活性和訪問速度，器件有兩個控制輸入：I/O CLOCK和芯片選擇。這些控制輸入和與TTL兼容的3態(tài)輸出易于與微處理器或者微型計算機的串行通信。器件可在21μS或更短的時間內(nèi)完成轉(zhuǎn)換。TLC1540/1541每31μS重復(fù)一次完整的輸入-轉(zhuǎn)換-輸出周期。系統(tǒng)內(nèi)部時鐘和I/O CLOCK獨立使用且不需要任何特定的速度或二者之間的相位關(guān)系。這種獨立性簡化了器件的硬件和軟件控制任務(wù)。由于這種獨立性和系統(tǒng)時鐘的內(nèi)部產(chǎn)生，控制硬件和軟件只需關(guān)心利用I/O時鐘讀出先前轉(zhuǎn)換器結(jié)果和啟動轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)內(nèi)部時鐘以這種方式驅(qū)動轉(zhuǎn)換電路以便控制硬件和軟件不需要涉及這項任務(wù)。其工作時序如圖3所示。

?????? 當為高電平時，DATA OUT處于高阻狀態(tài)且I/O時鐘（I/O CLOCK）被禁止。當使用另外的TLC1540/1541器件時，這種片選控制功能允許I/O CLOCK與其計數(shù)部件端共用同樣的控制點。當使用多個TLC1540/1541器件時，這也用于使所需的控制邏輯端為最少。控制時序已設(shè)計成使啟動轉(zhuǎn)換與取得轉(zhuǎn)換結(jié)果所需的時間和工作最少。正常的控制時序為：

（1）被拉至低電平。為了使端噪聲所產(chǎn)生的誤差為最小，在識別低跳變之前，內(nèi)部電路在 ↓之后等待系統(tǒng)內(nèi)部時鐘兩個上升沿與其后的下降沿。當器件用于噪聲環(huán)境中時，這種技術(shù)可用來保護器件使其 免受噪聲的影響。當變?yōu)榈碗娖綍r，前次轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高有效位（MSB）開始出現(xiàn)在DATA OUT端。

??????????????????????????????????? 圖3 TLC1540/1541的工作時序圖

???? （2） 前4個I/O CLOCK周期的上升沿輸入正邏輯的通道地址，高位地址在前。在這4個脈沖的下降沿分別輸出前一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的第二、第三、第四和第五個最高有效位。在第四個高電平至低電平的跳變之后，片內(nèi)采樣和保持電路開始對

尋址的模擬通道進行模擬輸入采樣。采樣操作主要是將內(nèi)部電容器充電到模擬輸入電壓的電平。

???? （3） 其后把5個I/O CLOCK周期加到I/O CLOCK端，在這些時鐘周期的下降沿，第6、第7、第8、第9、第10個轉(zhuǎn)換位被移出。

???? （4） 最后一個（第10個）時鐘周期被加到I/O CLOCK。此時鐘周期高電平至低電平的跳變使片內(nèi)采樣和保持電路開始保持功能。在下面44個系統(tǒng)時鐘周期內(nèi)完成轉(zhuǎn)換。在第10個I/O CLOCK周期之后，必須變?yōu)楦唠娖剑駝tI/O CLOCK必須保持低電平達至少44個系統(tǒng)時鐘周期以供保持和轉(zhuǎn)換功能的完成。

?????? 在多個轉(zhuǎn)換周期內(nèi)片選信號可保持低電平。在多個轉(zhuǎn)換周期內(nèi)使片選信號保持低電平時必須特別注意防止I/O CLOCK線上的噪聲閃變。如果發(fā)生了閃變，那么在微處理器/控制器和器件之間的I/O時序?qū)⑹ネ健４送猓绻x信號變?yōu)楦唠娖剑敲此仨毐３指唠娖街钡睫D(zhuǎn)換結(jié)束為止。否則，片選信號的有效高電平至低電平跳邊將引起復(fù)位而使正在進行的轉(zhuǎn)換失敗。

?????? 在44個系統(tǒng)時鐘周期發(fā)生之前，通過完成步驟1到4可以啟動新的轉(zhuǎn)換，同時正在進行的轉(zhuǎn)換中止。此操作產(chǎn)生先前的轉(zhuǎn)換結(jié)果而不是正在進行的轉(zhuǎn)換結(jié)果。

?????? 對于某些應(yīng)用，諸如選通（strobing）應(yīng)用，需要在特定的時間點啟動轉(zhuǎn)換。此器件能適應(yīng)這些應(yīng)用。雖然片內(nèi)采樣和保持在第4個有效I/O時鐘周期的負沿開始采樣，但是直到第10個有效的I/O時鐘周期的負邊沿之前，保持功能并不開始。TLC1540/1541繼續(xù)采樣模擬輸入，直到I/O時鐘的第8個下降沿為止。然后控制電路或軟件立即拉低I/O CLOCK并啟動保持功能以及在所需的時間點保持模擬信號并開始轉(zhuǎn)換。

?????? 3 TLC1540/1541與MCU的接口設(shè)計

?????? 由于TLC1540/1541采用串行方式來傳送數(shù)據(jù)，在和單片機連接時只需占用4根口線。其中I∕O CLOCK、ADDRESS IN和DATA OUT可以和另外的TLC1540∕1541或外部單元共用。具體的接口方法如圖4所示，圖中P10接片選端，P11接時鐘端，P12接數(shù)據(jù)輸出端，P13接地址輸入端。轉(zhuǎn)換的結(jié)果可通過P11模擬時鐘信號讀到MCU中。

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程序如下：
????? MOV? R0，＃40H;結(jié)果緩沖區(qū)首址????
????? MOV? R1，＃0；選通道
CLR?? P11?
CLR?? P10
CLR?? ?A

LOOP:LCALL? READ；讀前次結(jié)果高8位
????? DJNZ?? R7，LOOP
????? MOV?? R0，A
????? INC???? R0
MOV? R7，＃2
CLR?? A
LOP1:LCALL? READ；讀前次結(jié)果低2位
????? DJNZ?? R7，LOP1
????? MOV?? R0，A
????? SETB?? P10
????? INC???? R0
LCALL

DELAY;延時50 μs子程序
????? CLR???? P10
MOV??? R7，＃8
CLR???? A
LOP2: LCALL?? READ；讀本次結(jié)果
????? DJNZ??? R7，LOP2
????? MOV???? R0，A
MOV??? R7，＃2
CLR???? A
LOP3:LCALL?? READ
????? DJNZ??? R7，LOP3
????? MOV?? R0，A
????? SETB?? P10
???????? ┉ ┉
?
READ:PUSH? A
MOV?? A，R1
RLC??? A
MOV?? R1，A?
POP??? A
MOV?? P13，C
SETB?? P11
CLR??? P11
????? MOV?? C，P12
????? RLC??? A
????? SETB?? P11
????? RET
DELAY： ┉ ┉??? ；??? 延時子程序略

?????? 參考文獻

1 Texas Instruments.TLC1540/1541 Application Guide Ref.Vol3, Texas Instruments Inc.,1999
2 何立民.MCS-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.北京航空航天大學(xué)出版社,1995