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1、第9章 串行接口技术,单片机原理、接口及应用,内 容 提 要, RS-485总线扩展 IIC总线扩展接口及应用 SPI总线扩展接口及应用,9.1 RS485总线扩展,RS485标准接口是单片机系统种常用的一种串行总线之一。与RS232C比较，其性能有许多改进，细节请见表9.1所示。 表9.1 RS232C与RS485性能比较,RS485接口可连接成半双工和全双工两种通信方式。常见的半双工通信芯片有MAX481、MAX483、MAX485、MAX487等，全双工通信芯片有MAX488、MAX489、MAX490、MAX491等。,下面以MAX485为例来介绍RS485串行接口的应用。MAX485
2、的封装有DIP、SO和uMAX三种，其中DIP封装的管脚如图9.1所示。 管脚的功能如下：RO：接收器输出端。若A比B大200mV，RO为高；反之为低电平。RE：接收器输出使能端。RE为低时，RO有效；为高时，RO呈高阻状态。DE：驱动器输出使能端。若DE1，驱动器输出A和B有效；若DE0，则它们呈高阻态。若驱动器输出有效，器件作为线驱动器用，反之作为线接收器用。DI：驱动器输入端。DI0，有A0，B1；当DI1，则A1，B0。GND：接地。A：同相接收器输入和同相驱动器输出。B：反相接收器输入和反相驱动器输出。VCC：电源端，一般接+5V。,图9.1 MAX485芯片的DIP封装管脚图,MA
3、X485典型的工作电路如图9.2所示，其中平衡电阻Rp通常取100300欧姆。MAX485的收发功能见表9.3。,表9.3 MAX485的收发功能,89C51与MAX485的接口电路如图9.4所示。P1.7用来控制MAX485的接收或发送，其余操作同串口 。,9.2 I2C总线扩展接口及应用,9.2.1 原理 I2C(IIC)总线是Philip公司推出的芯片间串行传输总线。它用两根线实现了完善的全双工同步数据传送，可以极为方便地构成多机系统和外围器件扩展系统。IIC总线采用了器件地址的硬件设置方法，通过软件寻址完全避免了器件的片选线寻址方法，从而使硬件系统具有简单灵活的扩展方法。按照IIC总线
4、规范，总线传输中的所有状态都生成相对应的状态码，系统中的主机能够依照这些状态码自动地进行总线管理，用户只要在程序中装入这些标准处理模块，根据数据操作要求完成IIC总线的初始化，启动IIC总线就能自动完成规定的数据传送操作。,IIC总线接口为开漏或开集电极输出，需加上拉电阻。系统中所有的单片机、外围器件都将数据线SDA和时钟线SCL的同名端相连在一起，总线上的所有节点都由器件和管脚给定地址。系统中可以直接连接具有IIC总线接口的单片机，也可以通过总线扩展芯片或I/O口的软件仿真与IIC总线相连。在IIC总线上可以挂接各种类型的外围器件，如RAM/EEPROM、日历/时钟、A/D、D/A、以及由I
5、/O口、显示驱动器构成的各种模块。,9.2.2 软件IIC总线 假设单片机所用晶体振荡器的频率为6MHz。用P1.7和P1.6分别模拟SDA和SCL，定义如下： SDAEQUP1.7 SCLEQUP1.6 (1)产生起始位和停止位 如果单片机则每个机器周期为2us,我们可分别写出产生时钟SCL和SDA的发送起始条件和停止条件两段子程序如下。若晶振频率并非 6MHz，则要相应增删各程序段中NOP指令的条数，以满足时序的要求。例如，若fosc=12MHz ，则两条NOP指令应增至4条。,发送起始条件START STA: SETB SDA SETB SCL NOP NOP CLR SDA NOP N
6、OP CLR SCL RET,发送停止条件STOP STOP：CLR SDA SETB SCL NOP NOP SETB SDA NOP NOP CLR SCL RET,(2)发送应答位和非应答位子程序 IIC总线上的第9个时钟对应于应答位，相应数据线上“0”为“ACK”和“1”为“”。发送应答位和非应答位的子程序分别如下。,发送应答位ACK MACK： CLR SDA SETB SCL NOP NOP CLR SCL SETB SDA RET,发送非应答位ACK MNACK： SETB SDA SETB SCL NOP NOP CLR SCL CLR SDA RET,(3)应答位检查子程序
7、在I2C总线数据传送中，接收器收到发送器传送来的一个字节后，必须向SDA线上返送一个应答位ACK，表明此字节已经收妥。本子程序使单片机产生一个额外的时钟(第九个时钟脉冲，在脉冲的高电平期间读ACK应答位，并将它的状态被复制到F0标志中以供检查。若有正常ACK，则F0标志为0，否则为1。 CACK： SETB SDA ；SDA作输入 SETB SCL ；第9个时钟脉冲开始 NOP MOV C，SDA ；读SDA线 MOV F0，C ；转存入F0中 CLR SCL ；时钟脉冲结束 NOP RET,(4)字节数据发送子程序 由于是SDA接在并行口线，无移位寄存器，因此数据通过指令完成移位再从SDA串
8、行输出。遵循时序要求，数据在时钟低电平时变化，高电平时稳定，每一个时钟脉冲传送一位，编写字节数据传送子程序。 该子程序的入口条件是待发送的字节位于累加器ACC中。,WRB： MOV R7，#8 ；位计数器初值 WLP： RLC A ；欲发送位移入C中 JC WR1 ；此位为1，转WR1 CLR SDA ；此位为0，发送0 SETB SCL ；时钟脉冲变为高电平 NOP ；延时 NOP CLR SCL ；时钟脉冲变为低电平 DJNZ R7，WLP ；未发完8位，转WLP RET ；8位已发完，返回,WR1： SETB SDA ；此位为 1，发送1 SETB SCL ；时钟脉冲变高电 平 NOP
9、NOP ；延时 CLR SCL ；时钟脉冲变低电 平 CLR SDA DJNZ R7，WLP RET,(5)字节数据接收子程序 该子程序的功能是在时钟的高电平时数据已稳定，读入一位，经过8个时钟从SDA线上读入一个字节数据，并将所读字节存于A和R6中。 RDB：MOV R7，#8 ；R7存放位计数器初值 RLP： SETB SDA ；SDA输入 SETB SCL ；SCL脉冲开始 MOV C，SDA ；读SDA线 MOV A，R6 ；取回暂存结果 RLC A ；移入新接收位 MOV R6，A ；暂存入R6 CLR SCL ；SCL脉冲结束 DJNZ R7，RLP ；未读完8位，转RLP RET
10、 ；8位读完，返回,(6)n个字节数据发送子程序 这段子程序的入口条件：假定控制字节已存放在片内RAM的SLA单元中；待发送数据各字节已位于片内RAM以MTD+1为起始地址的n个连续单元中。NUMBYT单元中存有欲发送数据的字节数。接收到数据的存放首址存放在片内RAM的MTD单元。,WRNBYT： PUSH PSW ；保护现场 WRNBYT1： MOV PSW，#18H ；改用第3组工作寄存器 CALL STA ；发起始条件 MOV A，SLA ；读写控制字节 CALL WRB ；发送写控制字节 CALL CACK ；检查应答位 JB F0，WRNBYT ；无应答位，重发 MOV R0，#MT
11、D ；有应答位，继而发数据，第一个数据为首址,WRDA： MOV A，R0 ；读一个字节数据 LCALL WRB ；发送此字节 LCALL CACK ；检查ACK JB F0，WRNBYT1 ；无ACK，重发 INC R0 ；调整指针 DJNZ R5，WRDA ；尚未发完n个字节，继续 LCALL STOP ；全部数据发完，停止 POP PSW ；恢复现场 RET ；返回,(7)读、存数据程序 假设数据接受缓冲区为片内RAM以MRD为首址的n个单元。 这段子程序的入口条件： 片内RAM中的SLA单元存有读控制字节； NUMBYT单元中存有欲接收数据的字节数。 出口条件： 所读出的数据将存入片内
12、RAM以MRD为首地址的n个连续单元内。 RDNBYT： PUSH PSW RDNBYT1: MOV PSW，#18H LCALL STA ；发送起始条件 MOV A，SLA ；读入读控制字节 LCALL WRB ；发送读控制字节 LCALL CACK ；检查ACK JB F0，RDNBYT1 ；无ACK，重新开始 MOV R1，#MRD ；接收数据缓冲区指针,GO_ON： LCALL RDB ；读一个字节 MOV R1，A ；存入接收数据缓冲区； DJNZ NUMBYT，ACK；未全接收完，转ACK LCALL MNACK ；已读完所有字节，发 LCALL STOP ；发停止条件 POP P
13、SW RET ACK： LCALL MACK ；发ACK INC R1 ；调整指针 SJMP GO_ON ；继续接收,9.2.3 典型IIC串行存储器的扩展,9.2.3.1 串行IIC总线EEPROM AT24CXX的扩展,1）基本原理 AT24CXX的特点是：单电源供电，工作电压范围宽1.8V5.5V；低功耗CMOS技术(100KHz(2.5 V)和400KHz(5V)兼容)，自定时写周期(包含自动擦除)、页面写周期的典型值为2ms，具有硬件写保护。,图9.6 AT24CXX的结构和引脚。(a)内部结构图；(b)引脚图。,器件型号为AT24CXX的结构和引脚如图9.6所示，其中 SCL 串行
14、时钟端。 SDA 串行数据端。 WP 为写保护，当WP为高电平时存贮器只读；当WP为低电平时存贮器可读可写。 A0、A1、A2 片选或块选。 SDA为漏极开路端，需接上拉电阻到Vcc。数据的结构为8位。信号为电平触发，而非边沿触发。输入端内接有滤波器，能有效抑制噪声。自动擦除(逻辑“1”)在每一个写周期内完成。 AT24CXX采用IIC规程，运用主/从双向通讯。器件发送数据到总线上，则定义为发送器 ，器件接收数据则定义为接收器。主器件(通常为微控制器)和从器件可工作于接收器和发送器状态。总线必须由主器件控制，主器件产生串行时钟(SCL)，控制总线的传送方向，并产生开始和停止条件。串行EEPRO
15、M为从器件。无论主控器件，还是从控器件，接收一个字节后必须发出一个确认信号ACK。,2）控制字节要求 开始位以后，主器件送出8位控制字节。控制字节的结构(不包括开始位)如下所示： 说明： 控制字节的第14位为从器件地址位(存贮器为1010)。控制字节中的前4位码确认器件的类型。此四位码由飞利浦公司的IIC规程所决定。1010 码即为从器件为串行EEPROM的情况。串行EEPROM将一直处于等待状态，直到1010码发送到总线上为止。当1010码发送到总线上，其它非串行EEPROM从器件将不会响应。,控制字节的第57位为18片的片选或存贮器内的块地址选择位。此三个控制位用于选片或者内部块选择。标准
16、的IIC规程允许选择16K位的存贮器。通过对几片器件或一个器件内的几个块的存取，可完成对16K位存贮器的选择，如表9-6所示。 表9-6 AT24CXX的A2A1A0 ,控制字节的A2、A1、A0的选择必须与外部A2、A1、A0引脚的硬件连接或者内部块选择匹配，A2、A1、A0引脚无内部连接的，则这三位无关紧要；作器件选择的，可接高电平或低电平。 AT24CXX的存贮矩阵内部分为若干块，每一块有若干页面，每一页面有若干个字节。内部页缓冲器只能写入一页字节数据，对24LC32和24LC64一次可以存8页(每页8个字节)。 控制字节第8位为读、写操作控制码。如果此位为1，下一字节进行读操作(R)；
17、此位为0，下一字节进行写操作（W）。 当串行EEPROM产生控制字节确认位以后，主器件总线上将传送相应的字地址或数据信息。,3）确认要求 在每一个字节接收后，接收器件必须产生一个确认信号位ACK。主器件必须产生一个与此确 认位相应的额外时钟脉冲。在此时钟脉冲的高电平期间拉SDA线为稳定的低电平，为确认信号(ACK)。若不在从器件输出的最后一个字节中产生确认位，主器件必须发一个数据结束信 号给从器件。在这种情况下，从器件必须保持数据线为高电平(用表示)，使 得主器件能产生停止条件。 注意：如果内部编程周期(烧写)正在进行，AT24CXX不产生任何确认位。,4）写操作 字节写 在主器件发出开始信号
18、以后，主器件发送写控制字节即1010A2A1A00（其中R/W读写控制位为低电平“0”）。这指示从接收器被寻址，由主器件发送的下一个字节为字地址 ，将被写入到AT24CXX的地址指针。主器件接收来自AT24CXX的另一个确认信号以后，将发送数据字节，并写入到寻址的存贮器地址。AT24CXX再次发出确认信号，同时主器件产生 停止条件P。启动内部写周期，在内部写周期内AT24CXX将不产生确认信号(见图9.7)。,图9.7 AT24CXX字节写,页面写 如同字节写方式，先将写控制字节、字地址发送到AT24CXX，接着发n个数据字节，主器件发送不多于一个页面字节的数据字节到AT24CXX，这些数据字
19、节暂存在片内页面缓存器中，在主器件发送停止信号以后写入到存贮器。接收每一字节以后，低位顺序地址指针在内部加1。高位顺序字地址保持为常数。如果主器件在产生停止条件以前要发送多于一页字的数据，地址计数器将会循环，并且先接收到的数据将被覆盖。象字节写操作一样，一旦停止条件被接收到，则内部写周期将开始(见图9.8)。,图9.8 AT24CXX页面写,写保护 当WP端连接到Vcc，AT24CXX可被用作串行ROM，编程将被禁止，并且整个存贮器写保护。,5）读操作 当从器件地址的R/W位被置为“1”，启动读操作。存在三种基本读操作类型：读当前地址内容，读随机地址内容，读顺序地址内容。 读当前地址内容 AT
20、24CXX片内包含一个地址计数器，此计数器保持被存取的最后一个字的地址，并在片内自动加1。因此，如果以前存取(读或者写操作均可)的地址为n，下一个读操作从n+1地址中读出数据。在接收到从器件的地址中R/W位为1的情况下，AT24CXX发送一个确认位并且送出8位数据字。主器件将不产生确认位(相当于产生ACK)，但产生一个停止条件。AT24CXX不再继续发送(见图9.9)。,图9.9 AT24CXX读当前地址内容,读随机地址内容 这种方式允许主器件读存贮器任意地址的内容，操作如图9.10所示。,图9.10 AT24CXX读随意地址的内容,主器件发1010A2A1A0后发0位，再发读的存贮器地址，在
21、收到从器件的确认位ACK后 产生一个开始条件S，以结束上述写过程，再发一个读控制字节，从器件AT24CXX在发ACK信号后发出8位数据，主器件发后，发一个停止位，AT24CXX不再发后续字节。 读顺序地址的内容 读顺序地址内容的方式与读随意地址内容的方式相同，只是在AT24CXX发送第一个字节以后，主器件不发和STOP，而是发ACK确认信号，控制AT24CXX发送下一个顺序地址的8位数据字，直到x个数据读完(见图9.11)。 图9.11 AT24CXX读顺序地址的内容,防止噪声 AT24CXX使用了一个Vcc门限检测器电路。在一般条件下，如果Vcc低于1.5V，门限检测器对内部擦/写逻辑不使能
22、。 SCL和SDA输入端接有施密特触发器和滤波器电路，即使在总线上有噪声存在的情况下，它们也能抑制噪声峰值以保证器件正常工作。,6）串行EEPROM和AT89C51接口 图9.12为8XX51微控制器与4K位的AT24C04串行EEPROM的典型连接。图中P1.6、P1.7提供AT24C04的时钟SCL、SDA和AT24C04进行数据传送，A2、A1、A0内部无连接，为无关位。WP为EEPROM的写保护信号，高电平有效。因为我们要进行写入操作，所以只能把它接低电平。 利用上面的子程序，将8XX51单片机内部RAM 6067H存放的“1”“8”LED显示器的字形 码写入24C04存贮器的2027
23、H单元，为检查写入效果，再将24C04的2027H单元的内容读出 存入8XX51内部RAM的40H47H单元，同时送LED显示器显示。,9.2.4 IIC总线接口的串行A/D、D/A扩展,PCF8591是一款典型的IIC总线接口的串行8位A/D、D/A转换器，该器件为单一电源供电（2.56V），CMOS工艺。PCF8591有4路8位A/D输入，属逐次比较型，内含采样保持电路；1路8位D/A输出，内含有DAC的数据寄存器。A/D、D/A的最大转换速率约为11kHz，转换的基准电源需由外部提供。PCF8591的内部结构和外部引脚分别如图9.18所示。,图9.18 PCF8591的内部结构（a）的外
24、部引脚（b）,PCF8591引脚功能描述见表9.7。 表9.7 PCF8591的引脚功能表,PCF8591的工作字有两个，地址选择字和转换控制字。地址选择字的格式如表9.8所示。表9.8 PCF8591的地址选择字格式,PCF8591的转换控制字存放在控制寄存器中，用于实现器件的各种功能。总线操作时，为主发送的第二个字节。其格式如表9.9所示。 表9.9 PCF8591的转换控制字格式,PCF8591的包括D/A转换和A/D转换两个部分，下面分别介绍之。1）PCF8591的D/A转换D/A转换器是PCF8591的关键单元，除作为D/A转换使用外，还用于A/D转换中。D/A转换使用IIC总线的写
25、入操作完成的，其数据操作格式如下：,其中data 1data n为待转换的二进制数字。CONBYT为PCF8591的控制字节。图中灰底位由主机发出，白底位由PCF8591产生。 D/A转换时，控制字中的输出允许位（D6）应为1，写入PCF8591的数据字节存放在DAC数据寄存器中，通过D/A转换器转换成相应的模拟电压通过AOUT引脚输出，并保持到输入新的数据为止。 由于片内DAC单元还用于A/D转换，在A/D转换周期里释放DAC单元供A/D转换用，而DAC输出缓冲放大器的采样、保持电路在这期间将保持D/A转换的输出电压。,2）PCF8591的A/D转换 PCF8591的A/D转换为逐次比较型A
26、DC，在A/D转换周期中借用DAC及高增益比较器。A/D转换的时序如图9.21所示，对PCF8591进行读写操作便立即启动A/D转换，并读出A/D转换结果。在每个应答位的后沿触发A/D转换周期，采样模拟电压并读出当前一个转换结果。 A/D转换中，一旦A/D采样周期被触发，所选择通道的采样电压便保存在采样、保持电路中，并转换成8位二进制码（单端输入）或8位二进制补码（差分输入）存放在ADC数据寄存器中等待主器件读出。如果控制字节中自动增量选择位置1，则一次A/D转换完毕后自动选择下一通道。读周期中读出的第一个字节为前一个周期的转换结果。上电复位后读出的第一字节为80H。,PCF8591的A/D转
27、换使用IIC总线的读操作，其数据格式如下：,其中data 0data n为A/D的转换结果，分别对应于前一个数据读取期间所采样的模拟电压。上电复位后控制字节状态为00H，如果A/D转换时须设置控制字，须在读操作之前进行控制字节的写入操作。 PCF8591一个典型的应用电路如图9.20所示。假设从A/D的通道0采样数据送至D/A转换输出，利用前面所给出的IIC软件，编程如下：,图9.20 PCF8591的典型应用电路,LCALL STA；启动IIC总线操作 MOV A, #10010001B；访问PCF8591的A/D LCALL WRB LCALL RDB；读上次采样数据，结果存放在R6中 L
28、CALL STOP；停止IIC总线操作 LCALL STA；启动IIC总线操作 MOV A, #10010000B；访问PCF8591的D/A LCALL WRB MOV A, #01000000H；设置控制字 LCALL WRB MOV A, R6；从D/A输出采样值 LCALL WRB LCALL STOP；停止IIC总线操作,9.3 SPI总线扩展接口及应用,9.3.1 SPI的原理 SPI（Serial Peripheral Interface 串行外设接口）总线系统是Motorola公司提出的一种同步串行外设接口，允许MCU与各种外围设备以同步串行方式进行通信来交换信息。其外围设备种
29、类繁多，从最简单的TTL移位寄存器到复杂的LCD显示驱动器、网络控制器等，可谓应有尽有。SPI总线可直接与各厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接口一般使用4根线：串行时钟线SCK、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输出数据线MISO和低电平有效的从机选择线SS。由于SPI系统总线只需3根公共的时钟数据线和若干位独立的从机选择线（依据从机数目而定），在SPI从设备较少而没有总线扩展能力的单片机系统中使用特别方便。即使在有总线扩展能力的系统中采用SPI设备也可以简化电路设计，省掉很多常规电路中的接口器件，从而提高了设计的可靠性。,图9.21 一个典型的SPI总线系统结构示意图,一
30、个典型的SPI总线系统结构如图9.21所示。在这个系统中，只允许有1个做主SPI设备的主MCU和若干做SPI从设备的I/O外围器件。MCU控制着数据向1个或多个从外围器件的传送。从器件只能在主机发命令时才能接收或向主机传送数据，其数据的传输格式是高位（MSB）在前，低位（LSB）在后。当有多个不同的串行I/O器件若要连至SPI上作为从设备，必须注意两点：一是其必须有片选端；二是其接MISO线的输出脚必须有三态，片选无效时输出高阻态，以不影响其它SPI设备的正常工作。,9.3.2 SPI总线的软件模拟及串并扩展应用 9.3.2.1 SPI总线的软件模拟 对于大多的51单片机而言，没有提供SPI接
31、口，通常可使用软件的办法来模拟SPI的总线操作，包括串行时钟、数据输入和输出。值得注意的是，对于不同的串行接口外围芯片，它们的时钟时序有可能不同，按SPI数据和时钟的相位关系来看通常有4种情况，它是由片选信号有效前的电平和数据传送时的有效沿来区分的，传送8位数据的时序种类具体如图9.22所示。,现在用软件来模拟一下图9.22中最上面的一种情况。我们假定图9.21中的MCU为51单片机，系统接有两个从器件，用P1.7模拟SCK，P1.6模拟MOSI，P1.5模拟MISO线，P1.4模拟SS1，P1.3模拟SS2。其模拟的程序如下。,图9.22 SPI总线的4种数据/时钟时序图,SCK BIT P
32、1.7 MOSI BIT P1.6 MISO BIT P1.5 SS DB 0 ；分配片选扩展字单元 PF0 BIT 0；分配片选有效前电平标志位 PF1 BIT 1；分配数据传送有效沿标志位 CLR PF0；初始化电平标志位PF0 CLR PF1；初始化沿标志位PF1 MOV SS, #11101111B ；初始化从器件选择字,数据发送程序： MOV R0, #DATA8；待发送的数据放在R0中 MOV C, PF0 MOV SCK, C；欲设置有效电平 NOP ；延时，均可调整，为匹配时序要求 MOV A, SS ANL P1, A；选中从器件 NOP XCH A, R0 MOV R0,
33、#08H ；置循环次数 SPIOUT: MOV C, PF1 MOV SCK, C；准备有效触发沿 CPL PF1 RLC A ；发送下一位数据（从最高位开始）,MOV MOSI, C NOP MOV C, PF1 MOV SCK, C；产生有效沿，以便从器件锁存数据 CPL PF1 NOP DJNZ R0, SPIOUT ；8位数据发送未完成，则继续发送下一位 MOV C, PF0 MOV SCK, C MOV A, SS CPL A ORL P1, A；结束SPI总线操作，关闭从器件 RET,数据接收程序： SPIR: MOV C, PF0 MOV SCK, C；欲设置有效电平 NOP ；
34、延时，均可调整，为匹配时序要求 MOV A, SS ANL P1, A；选中从器件 NOP MOV R0, #08H ；置循环次数 SPIIN: MOV C, PF1 MOV SCK, C；准备有效触发沿 CPL PF1 NOP MOV C, PF1 MOV SCK, C；产生有效沿，以便从器件锁存数据,MOV MOSI, C；接收下一位数据（从最高位开始） RRC A ；接收到的数据依次存入A CPL PF1 NOP DJNZ R0, SPIIN ；8位数据未接收完，则继续接收下一位 MOV C, PF0 MOV SCK, C MOV A, SS CPL A ORL P1, A；结束SPI总
35、线操作，关闭从器件 RET,其它三种情况只需改变初始相位条件即可模拟实现。,9.3.3 10位串行D/A TLC5615的扩展,TLC5615是带有缓冲基准输入的10位电压输出型D/A转换器。器件可在单5V电源下工作，且具有上电复位功能。TLC5615的控制是通过三线串行总线进行，可使用的数字通信协议包括SPI、QSPI以及Microwire标准。低功耗，在5V供电时功耗仅1.75mW，数据更新速率为1.2MHz，典型的建立时间为12.5us。TLC5615广泛应用于电池供电测试仪表、数字增益调整、电池远程工业控制和移动电话等领域。,9.3.3.1 TLC5615的内部结构和外部引脚,TLC5
36、615的内部结构如图9.24所示，其主要由16位移位寄存器、10位D/A寄存器、D/A转换权电阻、基准缓冲器、控制逻辑和2倍程放大器等电路组成。,图9.24 TLC5615的内部结构,TLC5615的管脚与Maxim公司的MAX515完全兼容，如图9.25所示。各管脚的功能介绍如下。 DIN：串行数据输入脚 SCLK：串行时钟输入脚 CS：片选端，低电平有效 DOUT：用于菊花链的串行数据 输出端 AGND：模拟地 REFIN：基准输入端，一般接2V 到VCC2V VCC：电源端，一般接+5V,图9.18 TLC5615的引脚图,9.3.3.2 TLC5615的接口及应用,TLC5615与AT
37、89C52的典型接口电路如图9.26所示。 TLC5615通过固定增益为2的运放缓冲电阻网络，把10位数字数据转换为模拟电压。上电时，内部电路把D/A寄存器复位为0。其输出具有与基准输入相同的极性，表达式为,TLC5615最大的串行时钟速率不超过14MHz，10位DAC的建立时间为12.5us，通常更新速率限制至80kHz以内。TLC5615的16位移位寄存器在SCLK的控制下从DIN引脚输入数据，高位在前，低位在后。16位移位寄存器中间的10位数据在上升沿的作用下打入10位的D/A寄存器供给D/A转换。其输入的数据格式位为： SPI和AT89C52的接口传送8位字节形式的数据。因此，要把数据
38、输入到D/A转换器需要两个写周期。QSPI接口具有从8位至16位的可变输入数据长度，可以在一个写周期之内装入好转换数据代码。当系统不使用D/A转换器时，最好把D/A寄存器设置为全0，这样可以使基准电阻阵列和输出负载的功耗降为最小。依据图9.16，TLC5615的一个简单的应用编程见下。,DIN BIT P1.4；定义I/O口 SCLK BIT P1.7 CS5615 BIT P1.5 DataH EQU 30H DataL EQU 31H TLC5615: CLR SCLK ；准备操作TLC5615 CLR CS5615 ；选中TLC5615 MOV R7, #08H MOV A, DataH
39、 ；装入高8位数据 LOOPH: LCALL DELAY ；延时 RLC A ；最高位移向5615 MOV DIN, C SETB SCLK ；产生上升沿，移入一位数据,LCALL DELAY CLR SCLK DJNZ R7, LOOPH MOV R7, #08H MOV A, DataL ；装入低8位数据 LOOPL: LCALL DELAY ；延时 RLC A ；最高位移向5615 MOV DIN, C SETB SCLK ；产生上升沿，移入一位数据 LCALL DELAY CLR SCLK DJNZ R7, LOOPL SETB CS5615 ；结束5615的操作，同时将转换数据代码存
40、入10位DA寄存器，启动新一轮的DA转换 RET,9.3.4 AD549 8位串行A/D的扩展,TLC549是以8位开关电容逐次逼近A/D转换器为基础而构造的CMOS A/D转换器。它能通过三态数据输出和模拟输入与微处理器或外围设备串行接口。TLC549仅用输入/输出时钟（CLK）和芯片选择（CS）输入作数据控制，其最高CLK输入频率为1.1MHz。 TLC549的内部提供了片内系统时钟，它通常工作在4MHz且不需要外部元件。片内系统时钟使内部器件的操作独立于串行输入输出的操作，这种独立性使得控制硬件和软件只需关心利用I/O时钟读出先前转换结果和启动转换。TLC549片内有采样保持电路，其转换
41、速率可达40kHz。 TLC549的电源范围为36V，功耗小于15mW，总的不可调整误差为0.5LSB，能理想地应用于包括电池供电地便携式仪表的低成本、高性能系统中。,9.3.4.1 器件引脚及等效输入电路,(a)引脚；(b)采样期间等效电路；(c)保持期间等效电路,图9.28 TLC549的器件引脚与等效输入电路,TLC549的管脚与TLC540 8位A/D转换器以及TLC1540 10位A/D转换器兼容，如图9.28a所示。其中，基准端（REF，REF）为差分输入，可以将REF接地，REF接Vcc端，但要加滤波电容。AIN为模拟信号输入端，大于REF电压时转换为全“1”，小于REF电压时转
42、换为全“0”。通常为保证器件工作良好，REF电压应高REF电压至少1V。 TLC549在采样期间和保持期间的等效输入电路分别如图9.28b和图9.28c所示。对于采样方式，输入电阻约1k，采样电容约60pF；对于保持方式，输入电阻约5M。,9.3.4.3 TLC549的接口及应用,TLC549与51单片机的接口电路很简单，只要将TLC549的DO、CLK和51单片机的I/O口相接即可，图9.30给出了一种由TLC549和89C51构成的典型的数据采集电路。其中，N1、R1、R2、C2组成一阶低通滤波器；C1、R3可滤除直流；R4、R5是将双极性的模拟输入信号变成05V以适应TLC549的单极性要求。,图9.30 TLC549典型的数据采集电路,利用前面第2节所给出的SPI的模拟子程序，编程如下。 SCK BIT P1.6 ；初始化时钟线 MISO BIT P1.5 ；初始化数据线 CLR PF0 ；初始时钟电平为0 CLR PF1 ；设定上升沿有效 MOV SS, #01111111B ；初始化片选线 LCALL SPIR ；调用SPI总线的模拟读子程序 MOV Buff, A ；保存采样数据,