帶你快速了解什么是SPI 總線 A-D 轉(zhuǎn)換芯片 TLC2543

TI公司生產(chǎn)的TLC2543是采用SPI總線接口的12位A-D轉(zhuǎn)換器，可以轉(zhuǎn)換11個(gè)模擬輸入量，分辨率高、轉(zhuǎn)換速度快，使用方便，應(yīng)用較廣。下面簡(jiǎn)要介紹TLC2543的引腳功能、時(shí)序和操作命令。

1.TLC2543的引腳功能

圖6-4為TLC2543的引腳圖，其中各引腳功能如下：

1)AIN0~AIN10是11個(gè)模擬量輸入引腳。

2)GND是接地引腳。

3)Vref(+)和Vref(-)分別是正、負(fù)參考電壓的輸入端。Vref(+)接Vcc上;Vref(-)通常接地。模擬量輸入的最大值由Vref(+)和Vref(-)的差決定。

4)CS是片選信號(hào)輸入端。在CS的下降沿，

TLC2543復(fù)位內(nèi)部計(jì)數(shù)器和控制器，使能DATA OUT、DATA INPUT和IO CLK引腳;在CS的上升沿，禁止上述引腳功能。

5)DATA OUT是A-D轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出引腳。CS為高電平時(shí)，該引腳為高阻態(tài);CS下降沿時(shí)，DATA OUT引腳輸出上一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的第一位，在之后的IO CLK下降沿，DATA OUT引腳按次序輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果的剩余位。

6)DATA INPUT是串行數(shù)據(jù)輸入引腳，輸入TLC2543的8位初始化命令。初始化命令的前4位為串行地址，用于選擇被轉(zhuǎn)換的模擬量輸入(或測(cè)試電壓)。經(jīng)過前4個(gè)IO CLK上升沿后，4位串行地址按先高位后低位的順序移入數(shù)據(jù)寄存器。之后按順序移入命令字的剩余位。

7)IO CLK是輸入/輸出時(shí)鐘信號(hào)。該引腳的時(shí)鐘信號(hào)與TLC2543的工作時(shí)序有關(guān)：①在IO CLK的前8個(gè)上升沿，輸入的8位初始化命令移入輸入數(shù)據(jù)寄存器。在IO CLK的第4個(gè)上升沿，已移入的4位輸入通道選擇地址有效;②在IO CLK的第4個(gè)下

降沿與最后1個(gè)下降沿之間，被選中的模擬量輸入電壓持續(xù)給電容充電;③將上一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的剩余11位移出至DATA OUT引腳(最開始的一位已經(jīng)在CS下降沿時(shí)移出)，數(shù)據(jù)引腳的狀態(tài)在IO CLK的下降沿發(fā)生變化;④在最后一個(gè)IO CLK的下降沿，將轉(zhuǎn)換控制移交給TLC2543的內(nèi)部狀態(tài)控制器。

8)EOC是轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。EOC在IO CLK的最后一個(gè)下降沿由高電平變成低電平，并且一直保持低電平，直到轉(zhuǎn)換結(jié)束且TLC2543已準(zhǔn)備好輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果為止。

9)Vcc是正電壓輸入引腳，接+5V。

2.TLC2543的初始化命令和時(shí)序

TLC2543是12位的A-D轉(zhuǎn)換器，可以將外部輸入的11個(gè)模擬量電壓和3個(gè)內(nèi)部自測(cè)試電壓源中的一個(gè)，轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字量。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，轉(zhuǎn)換結(jié)果可由DATA OUT引腳輸出。輸出的轉(zhuǎn)換結(jié)果可以是無符號(hào)數(shù)(即單極性)或有符號(hào)數(shù)(即雙極性)，位數(shù)可以是8位、12位或16位，輸出順序可以是“先高位后低位”(即MSB先導(dǎo))或“先低位后高位”(即LSB先導(dǎo))。

在每次A-D轉(zhuǎn)換之前，必須向TLC2543的DATA INPUT引腳發(fā)送初始化命令(見表6-1)，以選擇模擬電壓源并設(shè)置結(jié)果輸出格式。

在圖6-5所示的TLC2543引腳時(shí)序圖中，字母A代表上一次轉(zhuǎn)換，字母B代表本次轉(zhuǎn)換，字母C代表下一次轉(zhuǎn)換，即：A11~A10是上一次A-D轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出;B7~B0是本次A-D轉(zhuǎn)換的初始化命令，B11是本次轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出，“訪問周期B”是本次轉(zhuǎn)換的訪問周期，“采樣周期B”是本次轉(zhuǎn)換的采樣周期;C7是下一次轉(zhuǎn)換的初始化命令。

圖6-5使用CS且12位輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果的TLC2543引腳時(shí)序圖

由圖6-5可知，每次A-D轉(zhuǎn)換之前，需要一個(gè)由CS下降沿開啟的包含12個(gè)IO CLK的TLC2543初始化過程，該過程可分為如下兩部分：

(1)訪問周期

在訪問周期中，經(jīng)過4個(gè)IO CLK的上升沿，通過DATA INPUT引腳接收初始化命令的前4位(B7~B4，即地址位)，以確定被轉(zhuǎn)換的模擬電壓源。

(2)采樣周期

在采樣周期中，通過DATA INPUT引腳接收初始化命令的后4位(B3~B0)，同時(shí)開始電壓采樣，為后續(xù)的A-D轉(zhuǎn)換做準(zhǔn)備。

在最后一個(gè)(即第12個(gè))IO CLK的下降沿之后，開始進(jìn)行A-D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換開始后，EOC變成低電平，數(shù)據(jù)輸出引腳為高阻態(tài)，IO CLK被禁止。轉(zhuǎn)換結(jié)束后EOC恢復(fù)為高電平。至此，一次A-D轉(zhuǎn)換結(jié)束。

另外，CS下降沿也可以開啟一次包含12個(gè)IO CLK的轉(zhuǎn)換結(jié)果(屬于上一次轉(zhuǎn)換)輸出過程。如圖6-5所示，當(dāng)CS下降沿出現(xiàn)時(shí)，TLC2543將上一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高位A11(也可以設(shè)置為最低位)移出至DATA OUT引腳，在第1個(gè)IO CLK的上升沿時(shí)單片機(jī)可以讀取該位。在第1個(gè)IO CLK的下降沿，下一位轉(zhuǎn)換結(jié)果A10被移出至DATA OUT引腳，在第2個(gè)IO CLK的上升沿單片機(jī)可以讀取該位。之后是第3個(gè)IO CLK，第4個(gè)IO CLK等。依此類推，最后一個(gè)IO CLK的上升沿單片機(jī)可以讀到轉(zhuǎn)換結(jié)果的最后一位。

特別需要注意，讀上一次轉(zhuǎn)換結(jié)果與初始化(啟動(dòng))本次A-D轉(zhuǎn)換的操作應(yīng)當(dāng)同步進(jìn)行，即如圖6-5所示，在每個(gè)IO CLK信號(hào)周期內(nèi)同時(shí)完成下面兩個(gè)操作：

1)在IO CLK上升沿，將本次轉(zhuǎn)換初始化命令中的一位，移位到DATA INPUT引腳。

2)在IO CLK下降沿，讀取上一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果的一位。