基于SPI总线的高精度数据采集器

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1、第8卷第4期江苏技术师范学院学报Vo1.8,No.42002年12月JOURNALOFJIANGSUTEACHERSUNIVERSITYOFTECHNOLOGYDec.,2002基于SPI总线的高精度数据采集器12杨益群，曹锋（1.江苏技术师范学院电气信息工程系，江苏常州213001;2.常州供电公司调度通信中心，江苏常州213003）摘要：介绍了采用TLC2543C串行A/D转换芯片设计的一种基于SPI总线的数据采集器，并给出了TLC2543C的工作时序和采集器的软件流程图。该采集器应用在温度测试、压力测试、环境参数监控等测试监控仪器

2、仪表中，具有分辨率高、采集稳定性高和系统扩展灵活的优点。关键词：SPI总线；TLC2543C；数据采集；串行A/D转换器中图分类号：TP274+.2文献标识码：A0引言2SPI总线是Motoroia公司提出的一种新型同步串行通信总线，较IC同步串行总线而言，SPI接口采用三线制，因此SPI对于提高通信速度是很有利的。目前众多生产混合信号器件的半导体厂商纷纷推出了带有SPI接口的器件，包括串行EEPROM、串行A/D、串行D/A、数字电压测量芯片等等，此类器件采用了串行总线代替以往的并行总线，大大简化了系统的硬件设计，节省了系统的I/O。

3、将SPI总线应用到非高速数据采集系统，其数据采集部分代码将大大缩短。而且采用以SPI总线器件为核心的数据采集器可以通过直接扩展和菊花链扩展方式进行扩展，系统扩展非常灵活。本文介绍的采集器由主控、采样、通信、键盘扫描、数据存储扩展等部分，可以应用在温度测试、压力测试、环境参数监控等测试监控仪器仪表中，具有分辨率高、采集稳定性高和系统扩展灵活的优点。1采集器原理数据采集器以Microchip公司的PIC16C62B为核心。该单片机内部自带SSP（SynchronousSeriesPort），2可以定义为IC或SPI接口，定义成SPI总线的时

4、候，RC3、RC4、RC5分别定义为SCLK、SDI和SDO，采样部分采用TI公司的TLC2543C，它是带SPI接口的12位精度11通道串行模数转换器，使用开关电容逐次逼近技术实现A/D转换。通过一个串行的三态输出端(DATAOUT)与主处理器或者外围的串行口通信，可与主机进行高速数据传输，输出数据的长度和格式可以编程。片内含有一个14通道多路器，可从11个模拟输入和3个内部自检电压中选择一个通道。片内设有采样保持电路，“转换结束”信号EOC指示转换完成。系统时钟由片内产生并与I/OCLOCK同步。正、负基准电压（REF+、REF-）

5、由外部提供，通常为VCC、GND，两者差值决定输入电压范围。片内转换器使器件具有高速（在0~70C温度范围内10!s的转换时收稿日期:2002-09-27；修回日期:2002-10-18作者简介:杨益群（1974-），女，陕西西安人，江苏技术师范学院电气信息工程系助教；曹锋（1975-），男，江苏常州人，常州供电公司调度通信中心工程师.8江苏技术师范学院学报第8卷间）、高精度（12位分辨率，最大11LSB的线性误差）和低噪声的特点。供电电流仅需1mA（典型值）。价格适中，分辨率较高，因此在仪器仪表中有较为广泛的应用。器件引脚图如图1所示

6、，AINO~AIN1O是11个模拟信号输入端，SCK、SDI、SDO分别是SPI时钟输入、数据输入、数据输出引脚，REF+、REF-是参考电压正负输入引脚，CS是片选输入引脚，EOC是转换结束输出引脚。[1]1.1TLC2543C简要工作流程TLC2543C一个完整的转换周期分为两个周期：I/O周期和转换周期。1.1.1I/O周期I/O周期由外部提供的I/OCLOCK定义，延续8、图1TLC2543C的引脚图12或16个时钟周期，同时进行两个操作：Fig.1PinsOfTLC2543C!在I/OCLOCK的前8个脉冲上升沿，以MSB为前

7、导（可编程）方式从DATAINPUT端输入8位数据流到输入寄存器。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一路送到采样保持电路，该电路从第四个I/OCLOCK脉冲的下降沿开始对所选信号进行采样，直到最后一个I/OCLOCK脉冲的下降沿。I/O周期的时钟脉冲个数与输出数据长度（位数）同时由输入数据的D3、D2位选择为8、12和16。当工作于12或16位时，在前8个时钟脉冲之后，DATAINPUT便无效。"DATAINPUT端串行输出8、12或16位数据。当/CS保持为低时，第一个数据出现在E

8、OC的上升沿。若转换是由/CS控制的，则第一个输出数据发生在/CS的下降沿。这个数据串是前一次转换的结果，在第一个输出数据位之后的每一个后继位，由后继的I/O时钟的每个下降沿输出。1.1.2转换周期I/O周