TLC2543(12位A/D转换器)实现将输入的模拟电压显示到数码管上
代码:
#include <reg51.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int// 数码管0-9
unsigned char seg[] = {0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F, 0x6F};
sbit SDO = P1^0;
sbit SDI = P1^1;
sbit CS = P1^2;
sbit CLK = P1^3;
sbit EOC = P1^4;sbit wei1=P2^0;
sbit wei2=P2^1;
sbit wei3=P2^2;
sbit wei4=P2^3;void delay(uint N)
{uint i;for (i = 0; i < N; i++);
}uint getdata(uchar channel)
{ uchar i; // for loopuint dat = 0; // 输出的数据,一共十六位,前四位为0CS = 0; //for(i = 0; i < 12; i++){dat <<= 1;if(SDO == 1) dat |= 0x01;// 高位溢出,溢出数据CY给输入SDIchannel <<= 1; SDI = CY; // CLK一次脉冲,传输数据CLK = 1; delay(3);CLK = 0; delay(3);}CS = 1; return dat;
}void display(void){uint value;/* 输入命令字,获取数据: 将AIN2输入的5V模拟量转换为4095(2^12 - 1)的离散量 */value = getdata(0x20) * 1.221; // 5000 / 4095wei1 = 0;P0 = seg[value/1000] + 0x80; // 输出小数点delay(500);wei1 = 1;wei2 = 0;P0 = seg[value%1000/100];delay(500);wei2 = 1;wei3 = 0;P0=seg[value%100/10];delay(500);wei3=1;wei4=0;P0=seg[value%10];delay(500);wei4=1;
}void main(){ while(1){while(!EOC); // 转换结束端,EOC为1时,输出完成display();}
}
仿真:
介绍:
在单片机测控系统中,非电量如温度、压力、流量、速度等,经传感器先转换成连续变化的模拟电信号(电压或电流),然后再将模拟电信号转换成数字量后才能在单片机中进行处理。实现模拟量转换成数字量的器件称为ADC(A/D转换器)。
单片机处理完毕的数字量,有时根据控制要求需要转换为模拟信号输出。数字量转换成模拟量的器件称为DAC(D/A转换器)。本章从应用的角度,介绍典型的ADC、DAC芯片与AT89S51单片机的硬件接口设计以及接口驱动程序设计。
单片机扩展AD转换
单片机只能输出数字量,但是对于某些控制场合,常常需要输出模拟量,例如直流电动机的转速控制。下面介绍单片机如何扩展DAC。
目前集成化的DAC芯片种类繁多,设计者只需要合理选用芯片,了解它们的性能、引脚外特性以及与单片机的接口设计方法即可。由于现在部分单片机的芯片中集成了DAC,位数一般在10位左右,且转换速度也很快,所以单片的DAC开始向高的位数和高转换速度上转变。而低端的并行8位DAC,开始面临被淘汰的危险,但是在实验室或涉及某些工业控制方面的应用,低端8位DAC以其优异的性价比还是具有较大的应用空间。
1.D/A转换器简介
购买和使用D/A转换器时,要注意有关D/A转换器选择的几个问题。
(1)D/A转换器的输出形式
D/A转换器有两种输出形式:电压输出和电流输出。电流输出的D/A转换器在输出端加一个运算放大器构成的I-V转换电路,即可转换为电压输出。
(2)D/A转换器与单片机的接口形式
单片机与D/A转换器的连接,早期多采用8位的并行传输的接口,现在除了并行接口外,带有串行口的D/A转换器品种也不断增多,目前较为流行多采用SPI串行接口。在选择单片D/A转换器时,要根据系统结构考虑单片机与D/A转换器的接口形式。
2.主要技术指标
D/A转换器的指标很多,设计者最关心的几个指标如下。
(1)分辨率
分辨率指单片机输入给D/A转换器的单位数字量的变化,所引起的模拟量输出的变化,通常定义为输出满刻度值与2n之比(n为D/A转换器的二进制位数),习惯上用输入数字量的位数表示。显然,二进制位数越多,分辨率越高,即D/A转换器输出对输入数字量变化的敏感程度越高。例如,8位的D/A转换器,若满量程输出为10V,根据分辨率定义,则分辨率为10V/2n,分辨率为10V/256 = 39.1mV,即输入的二进制数最低位数字量的变化可引起输出的模拟电压变化39.1mV,该值占满量程的0.391%,常用符号1LSB表示。
同理:
10位D/A转换 1 LSB = 9.77mV = 0.1%满量程
12位D/A转换 1 LSB = 2.44mV = 0.024%满量程
16位D/A转换 1 LSB = 0.076mV = 0.00076%满量程
使用时,应根据对D/A转换器分辨率的需要选定D/A转换器的位数。
(2)建立时间
建立时间是描述D/A转换器转换速度的参数,表明转换时间长短。其值为从输入数字量到输出达到终值误差± (1/2)LSB(最低有效位)时所需的时间。电流输出的转换时间较短,而电压输出的转换器,由于要加上完成I-V转换的时间,因此建立时间要长一些。快速D/A转换器的建立时间可控制在1us以下。
(3)转换精度
理想情况下,转换精度与分辨率基本一致,位数越多精度越高。但由于电源电压、基准电压、电阻、制造工艺等各种因素存在误差。严格地讲,转换精度与分辨率并不完全一致。两个相同位数的不同的DAC,只要位数相同,分辨率则相同,但转换精度会有所不同。例如,某种型号的8位DAC精度为±0.19%,而另一种型号的8位DAC精度为±0.05%
AT89S51扩展12位串行ADC-TLC2543的设计
串行A/D转换器与单片机连接具有占用I/O口线少优点,使用逐渐增多,随着价格降低,大有取代并行A/D转换器趋势。下面首先介绍串行A/D转换器TLC2543基本特性及工作原理。
-
TLC2543的特性及工作原理
美国TI的12位串行SPI接口的A/D转换器,转换时间为10µs。片内有1个14路模拟开关,用来选择11路模拟输入以及3路内部测试电压中的1路进行采样。为了保证测量结果的准确性,该器件具有3路内置自测试方式,可分别测试“REF+”高基准电压值,“REF-”低基准电压值和“REF+/2”值,该器件的模拟量输入范围为REF+~REF-,一般模拟量的变化范围为0~+5V,所以此时REF+脚接+5V,REF-脚接地。由于TLC2543与单片机接口简单,且价格适中,分辨率较高,因此在智能仪器仪表中有着较为广泛应用。
- AIN0~AIN10:11路模拟量输入端。
- CS :片选端。
- DATAINPUT:串行数据输入端。由4位的串行地址输入来选择模拟量输入通道。
- DATA OUT:A/D转换结果的三态串行输出端。 为高时处于高阻抗状态, 为低时处于转换结果输出状态。
- EOC:转换结束端。
- I/O CLOCK:I/O时钟端。
- REF+:正基准电压端。基准电压的正端(通常为Vcc)被加到REF+,最大的输入电压范围为加在本引脚与REF-引脚的电压差。
- REF-:负基准电压端。基准电压低端(通常为地)加此端。
- Vcc:电源。
- GND:地。
-
TLC2543工作过程
工作过程分为两个周期:I/O周期和实际转换周期。
(1)I/O周期
I/O周期由外部提供的I/O CLOCK定义,延续8、12或16个时钟周期,取决于选定的输出数据长度。器件进入I/O周期后同时进行两种操作。
①在I/OCLOCK的前8个脉冲的上升沿,以MSB前导方式从DATAINPUT端输入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通道模拟多路器从11个模拟输入和3个内部自测电压中,选通1路到采样保持器,该电路从第4个I/OCLOCK。脉冲下降沿开始,对所选的信号进行采样,直到最后一个I/O CLOCK脉冲下降沿。
I/O脉冲时钟个数与输出数据长度(位数)有关,输出数据的长度由输入数据的D3、D2可选择为8位、12位或16位。当工作于12位或16位时,在前8个脉冲之后,DATAINPUT无效。
②在DATA OUT端串行输出8位、12位或16位数据。当 保持为低时,第1个数据出现在EOC的上升沿,若转换由 控制,则第1个输出数据发生在 的下降沿。这个数据是前1次转换的结果,在第1个输出数据位之后的每个后续位均由后续的I/OCLOCK脉冲下降沿输出。
(2)转换周期
在I/O周期最后一I/OCLOCK脉冲下降沿后,EOC变低,采样值保持不变,转换周期开始,片内转换器对采样值进行逐次逼近式A/D转换,其工作由与I/OCLOCK同步的内部时钟控制。
转换结束后EOC变高,转换结果锁存在输出数据寄存器中,待下一I/O周期输出。I/O周期和转换周期交替进行,从而可减少外部的数字噪声对转换精度影响。
-
TLC2543命令字
每次转换都必须向TLC2543写入命令字,以便确定被转换信号来自哪个通道,转换结果用多少位输出,输出的顺序是高位在前还是低位在前,输出结果是有符号数还是无符号数。命令字写入顺序是高位在前。命令字格式如下:
(1) 通道地址选择位
选择输入通道。0000~1010分别是11路模拟量AIN0~AIN10的地址;地址1011、1100和1101所选择的自测试电压分别是((VREF+)-(VREF-))/2、VREF-、VREF+。1110是掉电地址,选掉电后,TLC2543处于休眠状态,此时电流小于20µA。
(2)数据长度(D3~D2)位用来选择转换的结果用多少位输出。D3D2为x0:12位输出;D3D2为01:8位输出;D3D2为11:16位输出。
(3)数据的顺序位(D1)用来选择数据输出的顺序。D1=0,高位在前;D1=1,低位在前。
(4)数据的极性位(D0)用来选择数据的极性。D0=0,数据是无符号数;D0=1,数据是有符号数。
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