基于TLC549数字电压表的设计

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描述

  引言

  传统的A/D转换器主要有ADC0808、ADC0809等,这些A/D转换器采用并口与单片机相连,大量占用单片机的I/O口资源。为此,采用TLC549设计的数字电压表,能够较好地解决以上问题。

  TLC549是TI公司推出的一种A/D转换器,具有以下特点:

  (1)TLC549是一种8位串行A/D转换器;

  (2)可通过三线串行通信与单片机连接;

  (3)具有4MHz片内系统时钟和软、硬件控制电路;

  (4)转换时间最长17μs;

  (5)允许的最高转换速率为40000次/s;

  (6)总失调误差最大为±0.5LSB;

  (7)典型功耗值为6mW;

  (8)采用差分参考电压高阻输入,抗干扰能力强,可按比例量程校准转换范围;

  (9)当VREF-接地,VREF+-VREF-≥1V,可用于较小信号的采样。

  1、TLC549的引脚排列与使用方法

  TLC549的引脚排列如图一所示,其中ANALOGIN为模拟输入端,CS为片选端,DATAOUT为A/D转换结果的串行输出端,I/OCLOCK为I/O时钟端,REF+为正基准电压端,REF-为负基准电压端,VCC为电源端,GND为地。

  TLC549

  图一TLC549引脚图

小编推荐:tlc549中文资料汇总_tlc549引脚图及功能_工作原理_特性参数及典型应用电路程序

  TLC549的内部结构图如图二所示,其内部包含有时钟电路、8位模数转换器等单元电路。

  TLC549

  图二TLC549内部结构图

  TLC549的极限参数为:

  (1)电源电压:6.5V;

  (2)输入电压范围:0.3V~VCC+0.3V;

  (3)输出电压范围:0.3V~VCC+0.3V;

  (4)峰值输入电流(任一输入端):±10mA;

  (5)总峰值输入电流(所有输入端):±30mA;

  (6)工作温度:0℃~70℃。

  TLC549具有片内系统时钟,该时钟与I/OCLOCK是独立工作的,无须特殊的速度或相位匹配,其工作时序如图三所示。

  当片选端为高时,数据输出端(DATAOUT)处于高阻状态,此时I/OCLOCK不起作用。这种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控制端口的数量,节省I/O口资源。

 TLC549

  图三TLC549时序图

  从图三中可以看出,当CS变为低电平后,TLC549芯片被选中,同时前次转换结果的最高有效位MSB(A7)自DATAOUT端输出。接着要求自I/OCLOCK端输入8个外部时钟信号,前7个I/OCLOCK信号的作用是配合TLC549输出前次转换结果的A6~A0的7位,并为本次转换做准备。在第4个I/OCLOCK信号由高至低的跳变之后,片内采样/保持电路对输入模拟量采样开始,第8个I/OCLOCK信号的下降沿使片内采样/保持电路进入保持状态并启动A/D转换。

  转换时间为36个系统时间周期,最大为17us。直到A/D转换完成前的这段时间内,TLC549的控制逻辑要求或者保持高电平,或者I/OCLOCK时钟端保持36个系统时钟周期的低电平。

  由此可见,在自TLC549的I/OCLOCK端输入8个外部时钟信号期间需要完成以下工作:读入前次A/D转换结果,对本次转换的输入模拟信号采样并保持,启动本次A/D转换。

  2、硬件设计

  图四给出了本系统的硬件框图,单片机采用AT89S51。AT89系列单片机是美国ATMEL公司继承INTEL公司80C31的核心技术并和自身先进的闪电存储器(FLASHMEMORY)技术相结合而产生的FLASH单片机系列。它是一种低功耗、高性能、内含4K/8K字节闪电存储器、用CHMOS工艺制作的8位单片机。

  TLC549

  图四系统硬件框图

  图五给出了TLC549与AT89S51单片机的管脚连接。其中单片机的P1.0口与TLC549的SDO端相连,P1.1与片选端相连,P1.2与SCLK相连,通过TLC549的AIN端对外进行电压测量。在仿真时,采用电位器来模拟外部电压的变化,REF+接5V,REF-接地。

  TLC549

  图五TLC549与51单片机连接图

  数字电压表的显示采用普通的数码管动态扫描显示的方式,采用4位一体的数码管作为显示器件,每位数码管轮流点亮1ms,具有良好的视觉效果。单片机的P0口通过74LS245驱动数码管的8位数据端,单片机的P2口的低4位直接连接数码管的控制端进行点亮控制。

  3、软件设计及仿真

  TLC549的采集程序流程图如图六所示,注意时序必须严格按照TLC549的时序图进行设置,否则TLC549将不会正常工作。

  TLC549

  图六TLC549的采集程序流程图

  TLC549转换子程序如下:

  TLC549_AD:SETBTLC549_CS;置CS为高电平

  CLRTLC549_SCK;清CLK

  MOVR0,#00H;移位计数为零

  CLRTLC549_CS;清CS

  NOP

  NOP

  TLC549_AD_1:SETBTLC549_SCK;置位

  CLK

  MOVC,TLC549_SDO;接收数据位

  RLCA

  CLRTLC549_SCK;清SCK

  INCR0

  CJNER0,#8,TLC549_AD_1;8位数据是否采集完毕

  SETBTLC549_CS

  MOVTLC549_DATA,A

  RET本系统的调试主要以软件为主,系统电路图的绘制和仿真采用的是Proteus软件,图七给出了数字电压表的测量电压值及数码管显示电压值。在仿真时,采用电位器来模拟测量端电压值的变化,如图七所示,此时的测量电压值为3.39985V,而数码管的显示值为3.393V,绝对误差为0.006V。当电位器中间端进行调整时,数码管的显示值也会随之变换,实现直流电压的测量功能。

 TLC549

  图七数字电压表仿真图

  4、结束语

  本测量系统实用性强、结构简单、成本低、外接元件少。在实际应用中,工作性能稳定,测量电压准确,精度较高,系统功能、指标达到了预期要求。系统在硬件设计上充分考虑到了可扩展性,经过一定的添加或改造,很容易增加功能,如增加多片TLC549进行多路电压测量及显示等功能。

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