串行AD转换器TLC549的应用设计.docx

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串行AD转换器TLC549的应用设计

一.8位串行模数转换器TLC549的应用

1.1概述

　　TLC549是美国德州仪器公司生产的8位串行A/D转换器芯片，可与通用微处理器、控制器通过CLK、CS、DATAOUT三条口线进行串行接口。

具有4MHz片内系统时钟和软、硬件控制电路，转换时间最长17μs，TLC549为40000次/s。

总失调误差最大为±0.5LSB，典型功耗值为6mW。

采用差分参考电压高阻输入，抗干扰，可按比例量程校准转换范围，VREF-接地，VREF+－VREF-≥1V，可用于较小信号的采样。

图

（一）

1.2芯片简介

TLC549的内部框图和管脚名称

TLC549的内部框图和引脚名称如图1所示。

1.3极限参数

　　TLC549的极限参数如下：

●电源电压：

6.5V；

　　●输入电压范围：

0.3V～VCC＋0.3V；

　　●输出电压范围：

0.3V～VCC＋0.3V；

　　●峰值输入电流（任一输入端）：

±10mA；

　　●总峰值输入电流（所有输入端）：

±30mA；

　　●工作温度：

TLC549C：

0℃～70℃

　　　　TLC549I：

－40℃～85℃

　　　　TLC549M：

－55℃～125℃

图

（二）

1.4工作原理

　　TLC549均有片内系统时钟，该时钟与I/OCLOCK是独立工作的，无须特殊的速度或相位匹配。

其工作时序如图2所示。

　　当CS为高时，数据输出（DATAOUT）端处于高阻状态，此时I/OCLOCK不起作用。

这种CS控制作用允许在同时使用多片TLC549时，共用I/OCLOCK，以减少多路（片）A/D并用时的I/O控制端口。

一组通常的控制时序为：

（1）将CS置低。

内部电路在测得CS下降沿后，再等待两个内部时钟上升沿和一个下降沿后，然后确认这一变化，最后自动将前一次转换结果的最高位（D7）位输出到DATAOUT端上。

（2）前四个I/OCLOCK周期的下降沿依次移出第2、3、4和第5个位（D6、D5、D4、D3），片上采样保持电路在第4个I/OCLOCK下降沿开始采样模拟输入。

　　（3）接下来的3个I/OCLOCK周期的下降沿移出第6、7、8（D2、D1、D0）个转换位，

　　（4）最后，片上采样保持电路在第8个I/OCLOCK周期的下降沿将移出第6、7、8（D2、D1、D0）个转换位。

保持功能将持续4个内部时钟周期，然后开始进行32个内部时钟周期的A/D转换。

第8个I/OCLOCK后，CS必须为高，或I/OCLOCK保持低电平，这种状态需要维持36个内部系统时钟周期以等待保持和转换工作的完成。

如果CS为低时I/OCLOCK上出现一个有效干扰脉冲，则微处理器/控制器将与器件的I/O时序失去同步；若CS为高时出现一次有效低电平，则将使引脚重新初始化，从而脱离原转换过程。

在36个内部系统时钟周期结束之前，实施步骤

（1）－（4），可重新启动一次新的A/D转换，与此同时，正在进行的转换终止，此时的输出是前一次的转换结果而不是正在进行的转换结果。

　　若要在特定的时刻采样模拟信号，应使第8个I/OCLOCK时钟的下降沿与该时刻对应，因为芯片虽在第4个I/OCLOCK时钟下降沿开始采样，却在第8个I/OCLOCK的下降沿开始保存。

图（三）

1.5应用接口及采样程序

　　TLC549可方便地与具有串行外围接口（SPI）的单片机或微处理器配合使用，也可与51系列通用单片机连接使用。

与51系列单片机的接口如图3所示。

其采样程序框图如图4所示，实际应用程序清单如下：

图（四）

初始化：

SETBP1.2　　；置CS为1。

　　　CLRP1.0　　；置I/OCLOCK为零。

　　　MOVR0，＃00H；移位计数为零。

A/D过程：

A/DP：

CLRP1.2

　　　NOP　；等待1.4μs，NOP数根据晶振情况选择

NXT：

SETBP1.0

MOVC，P1.1

　　　RLCA

　　　CLRP1.0

　　　INCR0

　　　CJNER0，＃8，NXT

　　　MOVR0，＃00

　　　SETBP1.2

　　　MOVDTSVRM，A；

DTSVRM：

DATASAVERAM.

　　　RET

TLC549片型小，采样速度快，功耗低，价格便宜，控制简单.适用于低功耗的袖珍仪器上的单路A/D或多路并联采样。

二、74LS164功能及应用

2．1了解74LS164

在单片机系统中，如果并行口的IO资源不够，而串行口又没有其他的作用，那么我们可以用74LS164来扩展并行IO口，节约单片机资源。

74LS164是一个串行输入并行输出的移位寄存器。

并带有清除端。

其中;Q0—Q7并行输出端。

A,B串行输入端。

MR清除端，为0时，输出清零。

CP时钟输入端。

74LS164引脚定义

74LS164逻辑表

图（五）

74ls164参考实验照片：

图（六）

2．2掌握的74LS164工作原理

当清除端（CLEAR）为低电平时，输出端（QA－QH）均为低电平。

串行数据输入端（A，B）可控制数据。

当A、B任意一个为低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用下Q0为低电平。

当A、B有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在CLOCK上升沿作用下决定Q0的状态。

三各程序模块的功能：

在程序设计中，我们主要分五个模块来完成，分别是主程序，AD转换读入数据程序，数据处理程序，显示程序这五大块，下面将分别对每一个模块的功能进行分析

3．1主程序

各个子程序都是通过这个主程序调用进来，再执行各模块的功能的。

在主程序中首先对一些下面要用到的I/0口，数据存储地址，中断首地址等进行设置。

接下来首先打开中断随时检测是否有按键按下，再调用数据采集模块”READ”读入数据，需要采集两次，然后调用数据处理模块”DIS”，接下来再调用显示模块”DISPLAY”，最后在调用量程检测模块检测是否超限。

程序如下：

CLKBITP3.4

DOBITP3.5

CSBITP3.1

KEYEQU40H

ORG0000H

LJMPMAIN

ORG0003H

AJMPKEY_BOARD

ORG0050H

;*************************主程序

MAIN:

CLRP1.6

MOVP1,#00H

MOV30H,#00H

MOV31H,#00H

MOV32H,#00H

MOV33H,#05

MOV34H,#0

SETBIT0

SETBEX0

SETBEA

AD:

SETBDO

SETBCS

CLRCLK

CLRCS;启动转换

ACALLREAD;读数据

SETBCS

ACALLDELAY

CLRCS;再次AD启动转换

ACALLREAD;再次读数据

SETBCS

ACALLDIS;数据处理

ACALLDISPLAY;数据显示

ACALLBAOJING;检测量程

2数据采集模块

这个模块主要是利用8位串行模数转换器TLC549采集电压信号，然后转换成数字信号存在累加器A中。

程序如下:

;*****************AD转换读入数据

READ:

MOVC,DO

RLCA

MOVR7,#07H

RE:

SETBCLK

NOP

NOP

CLRCLK

NOP

NOP

MOVC,DO

RLCA

DJNZR7,RE

SETBCLK

NOP

NOP

CLRCLK

NOP

NOP

RET

3．3数据处理模块

这个模块的主要功能就是对转换成的数字信号进行处理，并把处理好的数据存放在30H和31H中。

程序如下：

;**********************数据处理

DIS:

MOVR2,A

MOVA,R2

MOVB,#51

DIVAB

MOVDPTR,#TAB

MOVKEY,A

MOVCA,@A+DPTR

MOV30H,A

MOVA,B

CLRF0

SUBBA,#1AH

MOVF0,C

MOVA,#10

MULAB

MOVB,#51

DIVAB

JBF0,LOOP2

ADDA,#5

LOOP2:

MOVCA,@A+DPTR

MOV31H,A

RET

3．4数据显示模块

主要是把上一个模块所处理得到的数据，通过51单片机上的p1.0和p1.1两个口控制74LS164显示出来，p1.1口主要负责产生上升沿，p1.0口负责传送数据，每一个上升沿传一位，传完八位即传完一个数。

程序如下：

;*********************显示

DISPLAY:

MOVR1,#08

MOVA,31H

LOP1:

RLCA

MOVP1.0,C

CLRP1.1

SETBP1.1

DJNZR1,LOP1

MOVR5,#08

MOVA,30H

LOP2:

RLCA

MOVP1.0,C

CLRP1.1

SETBP1.1

DJNZR5,LOP2

ACALLDELAY1

RET

3．5键盘扫描模块

这个模块主要设置系统所采集电压信号的大小量程。

程序如下：

;*********************键盘扫描

KEY_BOARD:

MOVp2,#0FH

MOVA,P2

KEY1:

JBACC.0,KEY2

ACALLDELAY2

JBACC.0,KEY2

MOV33h,#02h

MOV34H,#01H

JMPCCC

KEY2:

JBACC.1,KEY3

ACALLDELAY

JBACC.1,KEY3

MOV33h,#03h

MOV34H,#02H

JMPCCC

KEY3:

JBACC.2,CCC

ACALLDELAY2

JBACC.2,CCC

MOV33h,#04h

MOV34h,#02h

CCC:

NOP

RETI

3．6上下限设置模块

此模块主要用于检测电压的大小，是否超出量程，若超出则指示灯发光，若不超出则返回继续测量电压。

程序如下：

;*******************设置上下限

BAOJING:

CLRC

CLRp1.6

MOVA,KEY

CJNEA,33H,AAA1

AAA1:

JCAAA2

SETBP1.6;超限报警灯亮

LCALLDELAY2

SJMPAD

AAA2:

CJNEA,34H,AAA3

AAA3:

JNCAD

SETBP1.6

LCALLDELAY2

SJMPAD

RET

3．7延时模块

这主要是为了其它子程序模块所需要用到的延时模块，从此调用。

如在检测按键按下时就要用到延时程序，还有数码管的显示上等。

程序如下：

;*******************20u秒延时

DELAY:

MOVR6,#05H;

D1:

NOP

NOP

DJNZR6,D1

RET

;*******************1MS延时

DELAY1:

MOVR4,#250D2:

NOP

NOP

DJNZR4,D2

RET

;*******************5MS延时

DELAY2:

MOVR3,#05H

D3:

ACALLDELAY1

DJNZR3,D3

RET

四、结果分析：

打开电源开关，连接好所有接口，先把电压调节按钮至最小，此时74LS164显示出电压大小为0，正确。

接着不断调大电压大小，显示屏上电压也不断的连续增大，当达到5V时，显示也是5V，也正确。

接下来就用按键选择电压量程，当按下第一个按键时，此时量程为1-2V，接着调大电压，当超过2V时，电压报警指示灯就马上发光报警，结果正确。

接下来选选择按下按键二，选择的量程为2-3V，调节电压大小，当电压小于2V时，报警指示灯发光；再增大电压，当电压大于3V时，报警指示灯也发光报警，结果正确。