单片机与串行AD转换器TLC0834的接口设计

机控制系统通常要用到A/D转换。根据输出的信号格式，比较常用的A/D转换方式可分为并行A/D和串行A/D。并行方式一般在转换后可直接接收，但芯片的引脚比较多；串行方式所用芯片引脚少，封装小，在ＰＣＢ板上占用的空间也小，但需要软件处理才能得到所需要的数据。

图1 TLC0834的工作时序图

１ TLC0834简介

１．１ TLC0834的主要特点

TLC0834是TI公司生产的８位逐次逼近模数转换器具有输入可配置的多通道多路器和串形输入输出方式。其多路器可由软件配置为单端或差分输入，也可以配置为伪差分输入。另外，其输入基准电压大小可以调整。在全８位分辨率下，它允许任意小的模拟电压编码间隔。由于TLC0834采用的是串行输入结构，因此封装体积小，可节省51系列单片机I/O资源，价格也较适中。其主要特点如下：

● ８位分辨率；

● 易于和微处理器接口或独立使用；

● 可满量程工作；

● 可用地址逻辑多路器选通４输入通道；

● 单５Ｖ供电，输入范围为０～５Ｖ；

● 输入和输出与ＴＴＬ、ＣＭＯＳ电平兼容；

● 时钟频率为２５０ｋＨｚ时，其转换时间为３２μｓ；

● 可以和美国国家半导体公司的ＡＤＣ０８３４和ＡＤＣ０８３８进行替换，但它内部不带齐纳稳压器网络；

● 总调整误差为±１ＬＳＢ。

１．２ 工作特点

TLC0834可通过和控制处理器相连的串行数据链路来传送控制命令，因而可用软件对通道进行选择和输入端进行配置，其控制逻辑表如表１所列。

输入配置可在多路器寻址时序中进行。多路器地址可通过ＤＩ端移入转换器。多路器地址选择模拟输入通道可决定输入是单端输入还是差分输入。当输入是差分时，应分配输入通道的极性，并应将差分输入分配到相邻的输入通道对中。例如通道０和通道１可被选为一对差分输入。另外，在选择差分输入方式时，极性也可以选择。一对输入通道的两个输入端的任何一个都可以作为正极或负极。

通常TLC0834在输出以最高位（ＭＳＢ）开头的数据流后，会以最低位（ＬＳＢ）开头重输出一遍（前面的数据流）。其工作时序如图１所示。

１．３ 引脚功能

TLC0834的引脚排列如图２所示，其中ＣＨ０～ＣＨ３为模拟输入端； ＣＳ 为片选端；ＤＩ为串行数据输入，该端仅在多路器寻址时（ＭＵＸ Ｓｅｔｔｌｉｎｇ TIｍｅ）才被检测；ＤＯ为A/D转换结果的三态串行输出端；ＣＬＫ为时钟；ＳＡＲＳ为转换状态输出端，该端为高电平时，表示转换正在进行，为低电平则表示转换完成；ＲＥＦ为参考电压输入端；ＶＣＣ为电源；ＤＧＴＬ ＧＮＤ为数字地，ＡＮＧＬ ＧＮＤ为模拟地。

２ 与单片机的接口电路设计

TLC0834与８９Ｃ51单片机的硬件接口电路的电路原理如图３所示。图中，单片机的Ｐ１．７接TLC0834的片选信号， Ｐ１．６用于产生A/D转换的时钟， Ｐ１．５为一个双向I/O口位，可用于对模拟输入进行配置及输出转换所得的数据。在这里，模拟信号以单端方式输入，参考电压为５Ｖ，即A/D模拟量的输入范围为０～５Ｖ。

３ 单片机的软件设计

该系统在工作时，单片机将通过编程产生串行时钟，并按时序发送与接收数据位，以完成通道方式／通道数据的写入和转换结果的读出。篇幅有限，现以通道０单端输入模拟信号为例，给出A/D转换的程序：

ＣＬＲ Ｐ１．６ ；清时钟

ＣＬＲ Ｐ１．５

ＳＥＴＢ Ｐ１．７ ；置片选为高

ＣＬＲ Ｐ１．７ ；置片选为低

ＳＥＴＢ Ｐ１．５ １ Ｓｔａｒｔ Ｂｉｔ

ＳＥＴＢ Ｐ１．６

ＣＬＲ Ｐ１．６

ＳＥＴＢ Ｐ１．５ １

ＳＥＴＢ Ｐ１．６

ＣＬＲ Ｐ１．６

ＣＬＲ Ｐ１．５ ０

ＳＥＴＢ Ｐ１．６

ＣＬＲ Ｐ１．６

ＣＬＲ Ｐ１．５ ０ ＣＨ０

ＳＥＴＢ Ｐ１．６

ＣＬＲ Ｐ１．６ 通道０，单端输入

ＳＥＴＢ Ｐ１．６

ＣＬＲ Ｐ１．６

ＳＥＴＢ Ｐ１．５ Ｐ１．５由输出状态改

为输入状态

ＬＣＡＬＬ ＡＤＣＯＮＶ

···

···

···

ＡＤＣＯＮＶ： ＭＯＶ Ｒ０＃０８Ｈ

ＡＤＬＯＰ０： ＭＯＶ ＣＰ１．５ ；读转换结果

ＲＬＣ Ａ ；累加器Ａ左移，将结果

逐位移入Ａ中

ＳＴＥＢ Ｐ１．６

ＣＬＲ Ｐ１．６

ＤＪＮＺ Ｒ０ＡＤＬＯＰ０

ＭＯＶ Ｒ０＃０７Ｈ

ＡＤＬＯＰ１： ＳＥＴＢ Ｐ１．６

ＣＬＲ Ｐ１．６

ＤＪＮＺ Ｒ０ＡＤＬＯＰ１

ＳＥＴＢ Ｐ１．６

ＣＬＲ Ｐ１．６

ＳＥＴＢ Ｐ１．６

ＣＬＲ Ｐ１．６

ＳＥＴＢ Ｐ１．７ ；置片选信号为高，

结束一次转换

ＲＥＴ

转换结果经换算后可转换为十进制数显示出来。如在精度要求较高的场合，可以选用位数更多的串行A/D并取高位数据。限于篇幅，该部分程序本文不作介绍。

４ 结论

本文给出的硬件和软件均经实践检验，并已在某公司的产品上应用，其性价比较高，可大大降低生产成本。