12位串行AD转换器TLC2543与单片机的接口设计与编程

第一次做光学仪器的小项目中的一部分是数据采集后经过模数转换，把采集到的电压用数字量输入到单片机中进行处理。此处总结下TLC2543的相关资料和与单片机接口方面的编程。主要的参考资料是TLC2543的datasheet，其中的电路是自己做的项目中的接口电路，部分程序是参考网上和自己的实际情况改的。

先介绍下TLC2543芯片的一些基本资料。（1）12位分辨率，10us转换时间 （2）11路模拟输入通道，3路内置自测模式 （3）固有取样和保持功能，线性误差最大为1LSB（4）片上系统时钟，转换结束（EOC）输出（5）单级或双极输出操作 （6）可设计的输出数据最高位或最低位在前，可设计的电源中断，可设计输出数据长度。TLC2543的引脚如下图所示

其中（1）AIN0~AIN10：11路模拟输入引脚（2）CS：片选引脚（3）DATA INPUT：串行数据输入引脚（4）DATA OUT：串行输出引脚（5）EOC：为转换结束引脚（6）I/O CLOCK：时钟引脚（7）REF+:基准电压正引脚，通常为VCC（8）REF-：基准电压负引脚，通常为GND （9）VCC：正电源引脚（10）GND:地信号引脚。

TLC2543的转换操作分为I/O周期和实际转换周期两个步骤。

（1）I/O周期：

I/O周期由外部提供的I/O CLOCK来定义，延续8,12或16个时钟周期，主要取决于被选择的数据长度。在I/O周期内，下列两种操作同时进行。

在CLK时钟的前8个脉冲的上升沿，以MSB前导方式从串行数据输入引脚读取8位数据到输入寄存器，其中前4位为模拟通道地址，控制14路模拟多路器从11个模拟输入通道和3个内部自测通道中选通一路连接到采样保持器，该电路从第4个CLK时钟脉冲的下降沿开始，对所选通路的信号进行采样，知道最后一个CLK脉冲下降沿。I/O周期的时钟脉冲个数与输出数据长度（位数）有关，输出数据长度由D3，D2位选择为8,12,16位，当TLC2543处于12或16位工作状态时，在前8个时钟脉冲之后，DATA INPUT引脚的电平无效。

在DATA OUT引脚上串行输出8,12,16位数据，当CS引脚保持低电平时，第一位数据出现在EOC的上升沿；若转换由CS引脚控制，则第一个输出数据发生在CS引脚电平的下降沿，此数据为前一次转换的结果（很重要，值得注意）。在第一个输出数据位后每一位均由后续的CLK脉冲下降沿输出。

（2）实际转换周期：

TLC2543进入转换周期工作方式之后在I/O周期最后一个CLK脉冲的下降沿来到之后EOC变为低电平，采样值保持不变，转换周期开始；片内的转换模块对采样值进行逐次逼近式A/D转换，其工作由与CLK同步的内部时钟控制。当转换结束之后EOC引脚变高，转换结果被锁存在输出数据寄存器中，等待在下一个I/O周期输出（此处注意）。

TLC2543的I/O周期和转换周期交替进行，从而可以减少外部的数字噪声对转换精度的影响。其工作时序如下图所示：

每次进行A/D转换时都必须向TLC2543写入命令字以便确定其工作状态，命令字格式：D7~D4：输入通道地址选择，D3~D2：输出数据长度选择，D1：输出数据顺序选择，D0：输出数据格式选择。

（1）输入通道地址选择位：用于选择TLC2543的输入通道，二进制数0000~1010是11个模拟量AIN0-AIN10的通道地址，1011~1101分别是自测试电压和掉电的通道地址。地址1011,1100和1101所选择的的自测电压分别是（VREF(+)-VREF(-)）/2、VREF(-)、VREF(+)。当选择掉电后TLC2543处于休眠状态，此时耗电电流小于20uA。

（2）输出数据长度选择位：用于选择A/D转换结果的位数，当D3~D2为“x0”，A/D转换的结果为12位输出；当D3~D2为“01”，A/D转换的结果为8位输出；当D3~D2为“11”,A/D转换的结果为16位输出。

（3）输出数据顺序选择位：用于选择数据输出的顺序，如果D1=0,则高位在前；否则低位在前。

（4）输出数据格式选择位：用于选择输出数据的属性，如果D0=0，采样数据是无符号数，否则是有符号数。

编写的程序如下：

各引脚的定义：

sbit ADEOC = P0^6;    //AD转换芯片的引脚
sbit ADCLK = P0^5;
sbit ADDATAIN = P0^4;
sbit ADDATAOUT = P0^3;
sbit ADCS = P0^2;

读TLC2543数据的程序：

uint Get_ADData(uchar CHN)//读取AD值
{
uchar i, temp;
uint read_ad_data = 0;
ADDATAOUT = 1;
CHN = CHN<<4;   //12位格式，选择高位在前，单极性. 注：CHN为通道数，并非DATAIN控制字。0~13:0x00~0x0d。所以前四位舍弃，左移的后四位表示通道数
ADCLK = 0;
ADCS = 1;
ADCS = 0;


temp = CHN;


for(i = 0; i<12; i++)
{
read_ad_data = read_ad_data <<1;
if((temp&0x80) != 0)
{
ADDATAIN = 1;
}
else 
{
ADDATAIN = 0;
}
if(ADDATAOUT)
{
read_ad_data = read_ad_data + 1;
}
_nop_();
_nop_();
ADCLK = 1;
_nop_();
_nop_();
ADCLK = 0;
_nop_();
_nop_();
temp = temp <<1;
}
ADCS = 1;
_nop_();
_nop_();
read_ad_data = read_ad_data & 0X0FFF;
return (read_ad_data);

}