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 loop
	uint dat = 0; // 输出的数据，一共十六位，前四位为0
	CS = 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SDI
			channel <<= 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 / 4095

	wei1 = 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。

1. 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。

1. 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。

1. 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。