A D芯 片 T L C 2 5 4 3 与 5 1 系 列 单 片 机 的接 口设 计

A D芯 片 T L C 2 5 4 3 与 5   1 系 列 单 片 机 的接 口设 计
在单片机 开发中， 很多都要涉及到将模拟量转换为数字量 ， 因此使用 A D C的场合很多． 选
择一款合适的 A D C芯片就显得尤为重要 ． 由于 5 1 单片   6 『 L 往： ， 庄要控制 比较多 的 I ／ O口， 因此使
用并行 A D C会限制系统 L ／ O口功能的扩展 ， 采用串行 A D C比较适合那些低速采样而控制管脚
又 比较 多 的系统 ．
T L C 2 5 4 3 是有 l 1 个输入端的 1 2   b i t 模数转换器 ， 具： 有 转换快、 稳定性好 、 与微处理器接口简
单 、 价格低等优点． 由于它带有串行外设接 口( S P I ) ， 而 5 1 系列单片机没有 S P I ， 因此研究它与单
片机 的接 口非 常有 意义 ．
1   T L C 2 5 4 3的特点及 引脚
T L C 2 5 4 3 是 1 2   b i t 串行 A ／ D转换器， 使用开关电容逐次逼近技术完成， A ／ D转换过程． 由于
是串行输入结构 ， 能够节省 5 1 系列单片机 的 I ／ O资源． 其特点有 ：
1 )1 2   b i t 分辨率 A ／ D转换器 ；
2 )在工作温度范围内 1 0  s 转换时间；
3 )1 1 个模拟输入通道 ；
4 ) 3路内置 自测试方式 ；
5 )采样 率 为 6 6   k b ／ s ；
6 )线性 误 差 + 1 L S B ( m a x ) ；
7 )有转换结束( E O C ) 输 出；
8 )具有单 、 双极性输出；
9 )可 编程 的 M S B或 L S B前 导 ；
1 0 )可编程的输出数据长度．
T L C 2 5 4 3的引脚 排列 如 图 1 所 示．
收稿 日 期 ： 2 0 0 5 - 0 8 - 3 1
作 者简 介 ： 夏益 民( 1 9 8 0 一 ) ， 女 ， 助教 ， 主要研究方向为嵌入式 系统 、 高速数据 采集系统等．

第 3 期  夏益 民， 等 ： A D芯 片 T L C 2 5 4 3 与 5 1 系列单片机的接 E l 设 计  1 1 9
图 l中 A I N 0 一 A I N 1 0为模拟输入端 ； ／ C S 为片选端 ； D I N为串行数
据输入端 ； D O U T为 A ／ D转换结果的三态串行输 出端 ； E O C为转换结束
端 ； C L K为 I ／ O时钟 ； R E F+ 为正基准 电压端 ； R E F一 为负基准电压端 ；
V C C为 电源 ； G N D为 地．
2   T L C 2 5 4 3的使用方法
2 ． 1 控 制字 的格 式
丁1 、 _ 厂
2   1 9
3   1 8
4   1 7
5   1 6
6   1 5
7   1 4
8   1 3
9   1 2
l O   1 1
图 1   T L C 2 5 4 3 管脚图
控制字 为从 D A T E   I N P U T端 串行 输 入 的 8   b i t 数 据， 它 规定 了
T L C 2 5 4 3 要转换的模拟量通道、 转换后的输出数据长度 以及输出数据 的格式． 其 中高 4   b i t ( D 7
～
D 4 ) 决定通道号， 对于 O通道至 l O 通道 ， 该 4 b i t 为 0 0 0 0— 1 0 1 0 H， 当为 1 0 1 l — l 1 0 1 时， 用于对
T L C 2 5 4 3 的 自 检 ， 分别测试(   + +   ) ／ 2 、   “、   的值 ， 当为 l l l O时， T L C 2 5 4 3 进入休眠状
态． 低 4   b i t 决定输出数据长度及格式 ， 其 中 D 3 、 D 2 决定输 出数据长度 ， O l 表示输 出数据长度为
8   b i t ， l 1 表示输 出数据长度为 l 6   b i t ， 其他为 l 2   b i t ． D l 决定输出数据是高位先送 出， 还是低位先
送出， 为 0表示高位先送 出． D O 决定输 出数据是单极性 ( 二进制 ) 还是双极性 ( 2的补码 ) ， 若 为
单极性 ， 该位为 O ， 反之为 1 ．
2 ． 2 转 换过 程
上电后， 片选／ C S 必须从高到低 ， 才能开始一次工作周期 ， 此时 E O C 为高， 输人数据寄存器
被置为 O ， 输出数据寄存器的内容是随机的．
开始时 ， 片选／ C S 为高 ， I ／ 0   C L O C K 、 D A T A   I N P U T被禁止 ， D A T A   O U T呈高阻状态， E O C为
高． 使 ／ c s 变低 ， I ／ O   C L O C K 、 D A T A   I N P U T 使能， D A T A   O U T 脱离高阻状 态． 1 2 个时钟信号从
I ／ O   C L O C K端依 次加入 ， 随着时钟信号的加入 ， 控制字从 D A T A   I N P U T 一位一位地在 时钟信号
的上升沿时被送人 T L C 2 5 4 3( 高位先送人) ， 同时上一周期 转换 的 A ／ D数据 ， 即输 出数据寄存
器 中的 数据从 D A T A   O U T 一位一位地移出． T L C 2 5 4 3 收到第 4 个时钟信号后， 通道号也已收到 ，
此时 T L C 2 5 4 3 开始对选定通道 的 模拟量进行采样 ， 并保持到第 l 2 个时钟的下降沿． 在第 l 2 个
时钟下降沿 ， E O C变低 ， 开始对本次采样的模拟量进行 A ． ／ D转换， 转换 时间约需 l 0   ， 转换完
成后 E O C 变高， 转换的 数据在输出数据寄存器中， 待下一个工作周期输出． 此后 ， 可 以 进行新的
工作周期．
对 T L C 2 5 4 3的操作 ， 关键是理清接 口时序图和寄存器 的使用方式． T L C 2 5 4 3的接 口时序图
如 图 2 所 示 ．
图 2 是 T L C 2 5 4 3 在片选信号使能的前提下 ， 使用 l 2   b i t 模式的接 口 时序 图． 从 图中可看出，
在片选信号( ／ C S ) 有效的情况下 ， 首先要根据 A ／ D转换的功能需要配置要输入 的数据． 需要注
意的是 ， 在读数据的同时 ， T L C 2 5 4 3 将上一次转换的 数据从数据输出口 伴随输入时钟输 出． 为了
提高 A ／ D采样的速率， 可以 采用在设置本次采样的同时， 将上次 A D采样的值读出的办法．
3   T L C 2 5 4 3与 8 9 C 5 1 单片机的接 口示意 图与程序
8 9 C 5 1 单片机没有 S P I 接 口， 为了与 T L C 2 5 4 3接 口可 以用软件功能来实现 S P I 接 口， 其硬
件接 口如 图 3 所 示 ．
单片机通过编程产生串行时钟 ， 即由 C L K先高后低的转变提供串行 时钟 ； 并按时序发送与
接收数据位 ， 完成通道方式／ 通道数据 的写入和转换结果的读出； 用累加器和带进位 的左循环移

1 2 0   广东 工业 大学学报  第 2 3卷
EOC
初 始化
图 2  M S B在前、 用／ C S 控制 的 1 2   模式 时序图
位指令来合成 S P I 功能 ； R 2 暂存
高 8   b i t ， R 3暂存低 4   b i t ． 本程序选
择 l 2   b i t 输 出数 据 长度 ， 高位 导
前．
T L C 2 5 4 3在每次 I ／ O周期读
取的数据都 是上次转移 的结 果 ，
当前的转换结果在下一个 I ／ O周
期 中被 串 行 移 出． 第 一 次 读 数 由
于内部 调整 ， 读 取的转换结 果可
能不 准确 ， 应 丢 弃 ．
程序如下 ：
S AMP L E ：   MO V
M0V
AC AI 工
MOV
ACAI
MO V
I N C
MO V
I N C
R0．# 3 0 H
R1． 帮X) 0 O 0 o 0 O B
RD   AD
R1．  0 o 0 1 0 0 o 0 B
RD— A D
@ R 0． R2
R 0
@ R 0． R 3
R0
MOV   R1 ． # 1 0 1   1 O 0 o 0 B
AC AI 工  R D  AD
MOV   @ R 0． R2
I NC   R 0
MOV   @ R 0． R 3
I NC   R 0
RE T
模
拟
量
输
入
A ／ D 转换间 隔  初 始化
图 3   T L C 2 5 4 3 与 8 9 C 5 1 单片机的接 口原理 图
； 数据缓 冲区首地址 3 0 H - - * R 0
； 0通道方式／ 通道数据
； 第一次读取 的转换 结果可能不准确 ， 丢弃
； 1 通道方式／ 通道数据
； 送 1 通道方式／ 通道数据并读第 0 通道转换结果
； 转换结果存 放到数据缓冲 区
； 其它通道 操作方式类推
； 1 1 通道 方式／ N道数据
； 送 1 1 通道方式／ ． 商首 擞据 并读 第 l 0 通道转拶   士 果
； 转换结果存 放到数据缓冲 区

篁   夏 益 民 ， 等 ： A D 芯 片 T L C 2 5 4 3 与 5 1 系 列 单 片 机 的 接 口 设 计   1 2 1
RD _ AD：
L OOP 2：
CL R   C L K
S E  I B  C S
C I   C S
MOV   R 4．   0 8
MO V  A ．R1
MOV   C． DOUT
RL C   A
MOV  DI N． C
S E T B   C L K
CL R   C L K
D J N Z   R 4 ． L O O P I
MOV   R 2． A
MOV   A ．   ) 0 H
MOV   R 4． # 0 4
MOV   C． D OUT
RL C   A
S E TB   C LK
CL R  C LK
D J N Z   R 4． L O O P 2
MOV  R 3． A
S E T B   C S
RE T
； 清 I ／ O时钟
； 设置片选为 高
； 设置片选为低
； 先读高 8   b i t
； 把方式／ 通道控 制字放 到 A
； 读转换结果
； A寄存器左移， 移人结果数据位， 移出方式／ 通道控制位
； 输 出方式／ 通道位
； 设 置 I ／ O时钟为高
； 清 I ／ O时钟
； R 4不为 0 ， 则返 回 L O O P I
； 转换结果 的高 8   b i t 放到 R 2中
； 复位 A寄存 器
； 再读低 4   b i t
； 读转换结果
； A寄存器左移 ， 移入结果 数据 位
； 设置 I ／ O时钟为高
； 清 I ／ O时钟
； R 4 不 为 0 ， 则返 回 L O O P 2
； 转换结果 的低 4   b i t 放到 R 3中
； 设 置片选 为高
参 考 文献 ：
[ 1 ] 武汉力源 电子股 份有 限公 司． T L C 2 5 4 3 模数转换器数据手册及应用笔记 [ G ] ． 武 汉 ： 武汉力 源 电子股 份有限
公 司， 1 9 9 9 ．
[ 2   3 马 明建 ， 周 长城 ． 数据采集与处理 [ M] ． 西安 ： 西安交通大学 出版社 。 1 9 9 8 ．
[ 3 ] 何立 民． M C S 一 5 1 单片机应用 系统[ M] ． 北京 ： 北京航空航天 大学 出版社 。 1 9 9 9