A D芯 片 T L C 2 5 4 3 與 5 1 系 列 單 片 機 的接 口設 計
在單片機 開發中， 很多都要涉及到將模擬量轉換為數字量 ， 因此使用 A D C的場合很多． 選
擇一款合適的 A D C芯片就顯得尤為重要 ． 由于 5 1 單片 6 『 L 往： ， 莊要控制 比較多 的 I ／ O口， 因此使
用并行 A D C會限制系統 L ／ O口功能的擴展 ， 采用串行 A D C比較適合那些低速采樣而控制管腳
又 比較 多 的系統 ．
T L C 2 5 4 3 是有 l 1 個輸入端的 1 2 b i t 模數轉換器 ， 具： 有 轉換快、 穩定性好 、 與微處理器接口簡
單 、 價格低等優點． 由于它帶有串行外設接 口( S P I ) ， 而 5 1 系列單片機沒有 S P I ， 因此研究它與單
片機 的接 口非 常有 意義 ．
1 T L C 2 5 4 3的特點及 引腳
T L C 2 5 4 3 是 1 2 b i t 串行 A ／ D轉換器， 使用開關電容逐次逼近技術完成， A ／ D轉換過程． 由于
是串行輸入結構 ， 能夠節省 5 1 系列單片機 的 I ／ O資源． 其特點有 ：
1 )1 2 b i t 分辨率 A ／ D轉換器 ；
2 )在工作溫度范圍內 1 0 s 轉換時間；
3 )1 1 個模擬輸入通道 ；
4 ) 3路內置 自測試方式 ；
5 )采樣 率 為 6 6 k b ／ s ；
6 )線性 誤 差 + 1 L S B ( m a x ) ；
7 )有轉換結束( E O C ) 輸 出；
8 )具有單 、 雙極性輸出；
9 )可 編程 的 M S B或 L S B前 導 ；
1 0 )可編程的輸出數據長度．
T L C 2 5 4 3的引腳 排列 如 圖 1 所 示．
收稿 日 期 ： 2 0 0 5 - 0 8 - 3 1
作 者簡 介 ： 夏益 民( 1 9 8 0 一 ) ， 女 ， 助教 ， 主要研究方向為嵌入式 系統 、 高速數據 采集系統等．
第 3 期 夏益 民， 等 ： A D芯 片 T L C 2 5 4 3 與 5 1 系列單片機的接 E l 設 計 1 1 9
圖 l中 A I N 0 一 A I N 1 0為模擬輸入端 ； ／ C S 為片選端 ； D I N為串行數
據輸入端 ； D O U T為 A ／ D轉換結果的三態串行輸 出端 ； E O C為轉換結束
端 ； C L K為 I ／ O時鐘 ； R E F+ 為正基準 電壓端 ； R E F一 為負基準電壓端 ；
V C C為 電源 ； G N D為 地．
2 T L C 2 5 4 3的使用方法
2 ． 1 控 制字 的格 式
丁1 、 _ 廠
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
圖 1 T L C 2 5 4 3 管腳圖
控制字 為從 D A T E I N P U T端 串行 輸 入 的 8 b i t 數 據， 它 規定 了
T L C 2 5 4 3 要轉換的模擬量通道、 轉換后的輸出數據長度 以及輸出數據 的格式． 其 中高 4 b i t ( D 7
～
D 4 ) 決定通道號， 對于 O通道至 l O 通道 ， 該 4 b i t 為 0 0 0 0— 1 0 1 0 H， 當為 1 0 1 l — l 1 0 1 時， 用于對
T L C 2 5 4 3 的 自 檢 ， 分別測試( + + ) ／ 2 、 “、 的值 ， 當為 l l l O時， T L C 2 5 4 3 進入休眠狀
態． 低 4 b i t 決定輸出數據長度及格式 ， 其 中 D 3 、 D 2 決定輸 出數據長度 ， O l 表示輸 出數據長度為
8 b i t ， l 1 表示輸 出數據長度為 l 6 b i t ， 其他為 l 2 b i t ． D l 決定輸出數據是高位先送 出， 還是低位先
送出， 為 0表示高位先送 出． D O 決定輸 出數據是單極性 ( 二進制 ) 還是雙極性 ( 2的補碼 ) ， 若 為
單極性 ， 該位為 O ， 反之為 1 ．
2 ． 2 轉 換過 程
上電后， 片選／ C S 必須從高到低 ， 才能開始一次工作周期 ， 此時 E O C 為高， 輸人數據寄存器
被置為 O ， 輸出數據寄存器的內容是隨機的．
開始時 ， 片選／ C S 為高 ， 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呈高阻狀態， E O C為
高． 使 ／ c s 變低 ， 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 脫離高阻狀 態． 1 2 個時鐘信號從
I ／ O C L O C K端依 次加入 ， 隨著時鐘信號的加入 ， 控制字從 D A T A I N P U T 一位一位地在 時鐘信號
的上升沿時被送人 T L C 2 5 4 3( 高位先送人) ， 同時上一周期 轉換 的 A ／ D數據 ， 即輸 出數據寄存
器 中的 數據從 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 個時鐘信號后， 通道號也已收到 ，
此時 T L C 2 5 4 3 開始對選定通道 的 模擬量進行采樣 ， 并保持到第 l 2 個時鐘的下降沿． 在第 l 2 個
時鐘下降沿 ， E O C變低 ， 開始對本次采樣的模擬量進行 A ． ／ D轉換， 轉換 時間約需 l 0 ， 轉換完
成后 E O C 變高， 轉換的 數據在輸出數據寄存器中， 待下一個工作周期輸出． 此后 ， 可 以 進行新的
工作周期．
對 T L C 2 5 4 3的操作 ， 關鍵是理清接 口時序圖和寄存器 的使用方式． T L C 2 5 4 3的接 口時序圖
如 圖 2 所 示 ．
圖 2 是 T L C 2 5 4 3 在片選信號使能的前提下 ， 使用 l 2 b i t 模式的接 口 時序 圖． 從 圖中可看出，
在片選信號( ／ C S ) 有效的情況下 ， 首先要根據 A ／ D轉換的功能需要配置要輸入 的數據． 需要注
意的是 ， 在讀數據的同時 ， T L C 2 5 4 3 將上一次轉換的 數據從數據輸出口 伴隨輸入時鐘輸 出． 為了
提高 A ／ D采樣的速率， 可以 采用在設置本次采樣的同時， 將上次 A D采樣的值讀出的辦法．
3 T L C 2 5 4 3與 8 9 C 5 1 單片機的接 口示意 圖與程序
8 9 C 5 1 單片機沒有 S P I 接 口， 為了與 T L C 2 5 4 3接 口可 以用軟件功能來實現 S P I 接 口， 其硬
件接 口如 圖 3 所 示 ．
單片機通過編程產生串行時鐘 ， 即由 C L K先高后低的轉變提供串行 時鐘 ； 并按時序發送與
接收數據位 ， 完成通道方式／ 通道數據 的寫入和轉換結果的讀出； 用累加器和帶進位 的左循環移
1 2 0 廣東 工業 大學學報 第 2 3卷
EOC
初 始化
圖 2 M S B在前、 用／ C S 控制 的 1 2 模式 時序圖
位指令來合成 S P I 功能 ； R 2 暫存
高 8 b i t ， R 3暫存低 4 b i t ． 本程序選
擇 l 2 b i t 輸 出數 據 長度 ， 高位 導
前．
T L C 2 5 4 3在每次 I ／ O周期讀
取的數據都 是上次轉移 的結 果 ，
當前的轉換結果在下一個 I ／ O周
期 中被 串 行 移 出． 第 一 次 讀 數 由
于內部 調整 ， 讀 取的轉換結 果可
能不 準確 ， 應 丟 棄 ．
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． 幫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
擬
量
輸
入
A ／ D 轉換間 隔 初 始化
圖 3 T L C 2 5 4 3 與 8 9 C 5 1 單片機的接 口原理 圖
； 數據緩 沖區首地址 3 0 H - - * R 0
； 0通道方式／ 通道數據
； 第一次讀取 的轉換 結果可能不準確 ， 丟棄
； 1 通道方式／ 通道數據
； 送 1 通道方式／ 通道數據并讀第 0 通道轉換結果
； 轉換結果存 放到數據緩沖 區
； 其它通道 操作方式類推
； 1 1 通道 方式／ N道數據
； 送 1 1 通道方式／ ． 商首 擻據 并讀 第 l 0 通道轉拶 士 果
； 轉換結果存 放到數據緩沖 區
篁 夏 益 民 ， 等 ： A D 芯 片 T L C 2 5 4 3 與 5 1 系 列 單 片 機 的 接 口 設 計 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時鐘
； 設置片選為 高
； 設置片選為低
； 先讀高 8 b i t
； 把方式／ 通道控 制字放 到 A
； 讀轉換結果
； A寄存器左移， 移人結果數據位， 移出方式／ 通道控制位
； 輸 出方式／ 通道位
； 設 置 I ／ O時鐘為高
； 清 I ／ O時鐘
； R 4不為 0 ， 則返 回 L O O P I
； 轉換結果 的高 8 b i t 放到 R 2中
； 復位 A寄存 器
； 再讀低 4 b i t
； 讀轉換結果
； A寄存器左移 ， 移入結果 數據 位
； 設置 I ／ O時鐘為高
； 清 I ／ O時鐘
； R 4 不 為 0 ， 則返 回 L O O P 2
； 轉換結果 的低 4 b i t 放到 R 3中
； 設 置片選 為高
參 考 文獻 ：
[ 1 ] 武漢力源 電子股 份有 限公 司． T L C 2 5 4 3 模數轉換器數據手冊及應用筆記 [ G ] ． 武 漢 ： 武漢力 源 電子股 份有限
公 司， 1 9 9 9 ．
[ 2 3 馬 明建 ， 周 長城 ． 數據采集與處理 [ M] ． 西安 ： 西安交通大學 出版社 。 1 9 9 8 ．
[ 3 ] 何立 民． M C S 一 5 1 單片機應用 系統[ M] ． 北京 ： 北京航空航天 大學 出版社 。 1 9 9 9
