摘要：文章介绍了带串行输出接口的A/D转换器TLC1549IP的基本工作原理，给出了它的接口时序，同时对其量化误差进行了分析。从实际应用出发，文中还给出了TLC1549IP与通用PC机连接的接口电路和接口程序。

关键词：A/D转换器；TLC1549IP；串行输出接口

引言

A/D转换器是数字信号处理的基础，是数据采集系统、测量仪器仪表及工业控制设备等测控装置与测控系统中应用比较广泛的器件。随着大规模集成电路技术的发展，各种高精度、低功耗、可编程、低成本的A/D转换器不断推出，使得测控系统的电路更加简洁，可靠性更高。本文介绍的芯片TLC1549IP是美国TI公司生产的10位开关电容型逐次逼近A/D转换器，其简单的串行输出接口可方便地与各类微机进行连接，是10位数据采集系统的理想器件。

基本工作原理

TLC1549IP是带有串行输出接口的10位8引出脚A/D转换器，主要由采样-保持电路，逐次逼近式A/D变换器，节拍发生器与逻辑控制器单元，数据寄存器，数据选择器与串行输出电路单元，内部电源等组成。它的核心是逐次逼近式A/D变换器。TLC1549IP的内部结构框图如图1所示。

图1 TLC1549IP的内结结构框图（略）

TLC1549IP的基本工作原理是：在逻辑控制电路与节拍发生器产生的时钟信号的共同作用下，首先由采样-保持电路对输入的模拟信号进行样本值采集并由保持电路将采样的电平值保持到下一个采样时刻。接下来由逐级比较式A/D变换器完成量化编码处理，模拟信号被变换成数字信号并被送入数据寄存器，完成一次模/数变换。在该次变换完成后，位于串行输出电路之前的数据选择器开始依次从数据寄存器中读出信息位并按顺序把它们送到串行数据输出端（DATA?OUT）。这里，选择和形成输出脉冲的频率由外部时钟信号（I/O?CLOCK）决定。

引脚排列、功能和接口时序

引脚排列及功能

TLC1549IP的引出脚排列及各引出脚功能如图2所示。

图2 TLC1549IP的引脚排列及各引出脚功能（略）

引出脚功能说明如下：
该A/D转换器的②脚为模拟信号输入端（ANALOG?IN）；⑥脚为A/D转换结果三态输出端（DATA?OUT），在CS为高电平时，该引脚处于高阻状态；当CS为低电平时，该引脚由前一次转换结果的MSB值置成相应的逻辑电平；④脚为公共端（GND）；①脚和③脚分别为正、负基准电压输入端（REF+）和（REF-），如果将负基准电压输入端（REF-）端与公共端（GND）相连接，则当A/D转换器模拟信号输入端的输入为0时，它的数字信号输出端（DATA?OUT）的输出为0000000000，如果将正基准电压输入端（REF+）端与公共端（GND）相连接，则当A/D转换器模拟信号输入端的输入为0时，它的数字信号输出端（DATA?OUT）的输出为1111111111；⑤脚为片选端，CS由高电平到低电平变化将复位内部计数器，并控制和使能DATA?OUT和I/O?CLOCK。CS由低电平到高电平的变化将在一个设置时间内禁止I/O?CLOCK；⑦脚为时钟信号（同步信号）输入/输出端（I/O?CLOCK）；⑧脚为电源正端(Vcc)。

接口时序

TLC1549IP的通讯协议非常简单，它的接口时序如图3所示。

图3 TLC1549IP的接口时序（略）

TLC1549IP每次转换和数据传送使用10个时钟周期，且在每次传送周期之间插入CS的时序，时序如图3所示。从时序图可以看出，在TLC1549IP的CS信号由高电平变低电平时开始转换和传送过程，I/O?CLOCK的10个上升沿将10个输入数据位键入数据寄存器，同时它将前一次转换的数据的10位移出DATA?OUT端，在?I/O?CLOCK下降沿时数据变化。当CS为高电平时，?I/O?CLOCK被禁止，DATA?OUT为高阻态。

量化误差

TLC1549IP的量化误差主要是由于它的有限分辨率也就是它的位数造成的，它的分辨率越高，量化误差越小。?量化误差产生的原因，可由图4所示的TLC1549IP输入输出特性曲线（a）和量化误差曲线（b）来解释。

图4 TLC1549IP输入输出特性曲线（略）

由图4?的输入输出特性曲线（a）可见，对于输入信号的增减，输出呈阶梯状变化（阶梯曲线表示实际输入输出特性，理想直线表示理想输入输出特性），这种阶梯状输出（阶梯曲线）与理想输出（理想直线）之间出现的误差（图中阶梯曲线与理想直线所包围的部分）就是量化误差。由对应的量化误差曲线（b）可见，量化误差的最大值为输出的二进制代码最低有效位(LSB)的一半即LSB/2，也就是阶梯高度的一半。量化误差在 LSB/2之间呈均匀分布。

由于量化误差是A/D转换器的固有误差，不可能消除，因此在使用它们时必须引起注意。必要时，应选用12位或12位以上的同类产品，以满足变换精度的要求。

与PC机的接口电路和接口程序

与PC机的接口电路

TLC1549IP与通用PC机的接口电路如图5所示。

图5 TLC1549IP与PC机的连接（略）

在该电路中TLC1549IP直接接入通用PC机的RS232接口。本系统TLC1549IP的控制功能由通用PC机编程完成，其初始化程序的编写，须对应该芯片的通讯协议。数据的采集与更新通过⑤脚的控制信号CS来实现。在CS信号低电平期间，TLC1549IP?完成数据的更新采集，同时把前一次采集的数据通过⑥脚（DATA）串行移出，在CS信号高电平期间，TLC1549IP的I/O?CLOCK被禁止，DATA?OUT为高阻态。

与PC机的接口程序

该程序对应于接入PC机串行口COM1（3F8h）的TLC1549IP。
10 REM ---- 10 BITS ----
20 B=&H3F8 : REM COM1 :
30 N=10 : REM 10 BITS
40 OUT B+4,1
50 FOR T=0 TO100 : NEXT T
60 OUT B+3 , 64
70 FOR T=0 TO 500 : NEXT T
80 OUT B+4 , 0 : D=0 : REM ACQUISITION
90 FOR F=0 TO N-1
100 OUT B+4 , 2
110 E=INP(B+6) AND 16
120 OUT B+4 , 0
130 IF E=16 THEN D=D+2^(N-1-F)
140 NEXT F
150 D=5*D/(2^N-1)
160 RETURN

结束语

通过TLC1549IP的应用可以看出，由于它带有串行输出口，通讯协议简单，对外引出脚少，与外围电路连接方便，因而具有易于与PC机等各类微机连接，使用简单方便等优点，是一种性价比很高的芯片。该芯片可直接应用于智能测量仪器仪表及计算机测控等领域。