学海网

TLC2543在89C51单片机数据采集系统中的应用

TLC2543 在 89C51 单片机数据采集系统中的应用

Application of TLC2543 in MCU Data Acquisition System

姚  远1, 王  赛2, 凌毓涛1

( 1. 华中师范大学信息技术系  湖北武汉 430079;

2. 华中师范大学计算机科学系  湖北武汉 430079)

摘 要  介绍了单片机数据采集系统的硬件原理和软件设计。该系统以 89C51 单片机为核

心, 以12 位 TLC2543 为串行模数转换器, 由 MC14489 构成采集数据实时显示系统, 带有 RS232 通信

接口, 系统具有易实现、易编程、可移植、体积小、功耗低等优点, 具有良好的推广与应用价值。

关键词: TLC2543, 单片机, 数据采集

Abstract  The paper introduces the hardw are principle and the software design of the MCU data

acquisition system based on 89C51 , in w hich the 12 bit TLC2543 acts as the serial A/ D converter and the

RS232 as the communication interface , and the realtime displaying system is constructed by M C14489.

The system has the advantages of easily realize , program and transplant , and it has the small volume and

low pow er, etc. . It is therefore very promising and valuable.

Keywords: T LC2543, MCU, data acquisition

1  TLC2543 芯片介绍

T LC2543 是 T I 公司的具有 11 个通道的 12 位开

关电容逐次逼近串行 A/ D 转换器, 采样率为 66 kbit/

s, 采样和保持由片内采样保持电路自动完成。器件的

转换器结合外部输入的差分高阻抗的基准电压, 具有

简化比率转换刻度和模拟电路、逻辑电路, 以及隔离电

源噪声的特点。此多通道、小体积的 T LC2543 器件,

线性误差小( ! 1 LSBmax) , 节省口线资源, 成本较低,

特别适用于单片机数据系统的开发( 相关资料参见武

汉力源电子股份有限公司: TI A/ D 和 D/A 转换器数

据手册( 第 1 册) , 1999) 。

1. 1  引脚排列及说明

T LC2543 有两种封装方式: DB、DW 或 N、FN 封

装。DB 封装引脚如图 1 所示。T LC2543 具有 AIN0

~ AIN10 共 11 个模拟输入通道和3 个控制输入端: 片

选( / CS) ; 输入输出时钟( I/ O CLOCK ) ; 地址输入端

( DATA INPUT ) 。

转换后的数据通过 DATAOUT 与主处理器或其

它外围设备进行串口通信。

1. 2  工作时序

T LC2543 每次转换和数据传送使用 16 个时钟周

期, 且在每次传送周期之间插入/ CS 时序。在TLC2543

图 1  TLC2543 引脚图

的/ CS 变低时开始转换和传送过程, I/ O CLOCK 的前

8 个上升沿将 8 个输入数据位键入输入数据寄存器,

同时, 将前一次转换的数据的其余 11 位移出 DATA

OUT 端, 在 I/ O CLOCK 下降沿时数据变化。当 CS

为高时, I/ O CLOCK 和 DATA INPUT 被禁止, DA

TA OUT 为高阻态。

1. 3  数据输入格式

数据寄存器的前4 位( D7~ D4) 数据, 当其为 0000

到 1010 间的数据时, 代表选中 11 个模拟通道的某一

个通道; 1011 到 1110 代表分别选中测试电压( Vref-

+ Vref+ ) / 2、Vref- 以及 Vref+ 。D3、D2 表示输出数

据长度, D1 表示输出数据的格式 ( 0 为 M SB, 1 为

?37?

电子工程师             电 子 技 术 应 用          Vol. 29 No. 9  2003

 收稿日期: 20030529

LSB) , D0 就决定了 TLC2543 的工作方式。

2  TLC2543 在单片机数据采集系统中的应用

2. 1  单片机数据采集系统硬件原理[ 1, 2]

下面介绍 TLC2543 在我们研制的 89C51 单片机

数据采集系统中的具体应用( 如图 2 所示) 。该数据采

集系统采用 89C51 单片机作为核心, 传感器输出的信

号经过信号处理、A/ D 转换( 我们只用前 3 个通道) 和

数据处理后, 在 LED1~ LED5 上实时显示: LED1 显

示采集的通道, LED2~ LED5 显示( 1 位整数+ 3 位小

数) 对应通道实时采集的电压。在勘测现场还可以同

时将数据通过 RS232 传到便携式计算机中保存。经

使用证明, 该数据采集系统数据精度达到系统设计要

求, 性能稳定可靠,使用方便。( 相关资料可参见 U.S. A.

Motorola Inc.: Semiconductor Technical Data, 1998。)

图 2  单片机数据采集系统硬件原理

2. 2  单片机数据采集系统软件设计[ 1, 3, 4]

该软件由主程序、A/ D 转换子程序、数据滤波子

程序、LED 显示子程序、单片机与便携式计算机通信

协议子程序等组成。主程序完成系统的初始化工作,

从 0 通道到 2 通道依次进行数据采集, 每通道采集 10

次, 将后 9 次数据交由滤波程序进行处理( 注意考虑信

号处理环节的增益)。得出正确结果后,经过下式处理:

实际采集电压= 滤波后的数字量/ ( 40 96. 0 #

5 000)

再将换算后的实际电压值交由 LED 显示, 比如:

采集第一通道电压 3. 456 V, 显示在 LED 上为 13. 456 V。

将电压值通过 RS232/ RS485 发送到便携式计算

机[ 4] , 数据由便携式计算机进行保存、打印、分析处

理。流程图如图 3 所示。

T LC2543 的A/ D 转换子程序如下:

ad( com)

uchar adh. adl; uchar com;

sbit flag7= flag^7;

{uchar i, j= com;

adcs= 0;

图 3  系统主程序流程

  for( i= 8; i! = 0; i- - ) {

flag7= dataout;

datain= j& 0x80;

j< < = 1;

j= j| flag7;

ioclk= 1;

ioclk= 0; }

adh= j> > 4; adl= j< < 4;

j= com;

for( i= 8; i! = 0; i- - ) {

flag7= dataout;

datain= j* 0x80;

j< < = 1;

j= j| flag7;

ioclk= 1;

ioclk= 0; }

j= j> > 4;

adl= adl| j;

for( i= 0; i< 5; i+ + ) ;

}

M C14489 显示子程序及通信子程序在此不再介

绍, 若需要可与作者联系, 或参考有关资料。

在对数据采集系统编程时, 需要注意以下几个问题:

( 1) T LC2543 的 A/ D 转换子程序的0 通道对应输

入的参数 COM 应为 0XC, 1 通道对应输入的 COM 应

为 0X1C, 2 通道对应输入的 COM 应为 0X2C。

(2)TLC2543 的A/ D 转换子程序的返回数据与对应

的实际结果 adout 的关系:adout= adh* 256+ adl。

( 3) 每个通道第一次调用 TLC2543 子程序所得的

结果没有意义, 要丢掉, 第二次得到的才是有效数据。

( 下转第 51 页)

?38?

孙晓松, 等: 脉冲式电能表集成采集终端的设计

式中: C0 为总分布电容; V o 为输出脉冲电压; V T 为

调制管管压降; I L 为负载脉冲电流;  为输出脉冲宽

度; Fr 为脉冲重复频率。

PD = [ 700 # 10- 12 # (8 # 103) 2(0. 5 + 0. 5/ 8) +

 500 # 0. 5 # 1 # 10- 6] # 100 # 103

= 2. 54 ( kW) 。

  FU919F 最大阳极损耗为 8 kW, 每管各采用1 只

风机冷却, 保证其可靠工作。

6  测试报告

经过 1 年多的方案论证、实验比较、调试和与多注

管联调, 对 100 kHz 高重频调制器进行测试。测试数

据分别见表 1、表 2、表 3。

表 1  脉冲波形随脉宽的变化

( 重频 10 kHz, 板压 6. 5 kV)

脉冲

顶宽/

s

脉冲半

高宽/

s

上升

时间/

ns

下降

时间/

ns

脉冲

峰值/

V

顶部

波动/

V

顶部相

对波动/

%

0. 5 0. 765 225 165 21. 6 0. 7 ! 1. 6

1. 0 1. 26 220 165 26. 8 1. 0 ! 1. 9

1. 3 1. 55 227 165 26. 9 1. 3 ! 2. 4

表 2  输出脉冲波形随板压的变化( 重频 10 kHz)

调制器

板压/

kV

波形

峰值/

V

顶部

波动/

V

半高

宽/

s

上升

时间/

ns

下降

时间/

ns

顶部相

对波动/

%

8. 0 31. 9 1. 3 2. 0 267 209 ! 2. 04

6. 0 24. 4 1. 3 1. 98 218 153 ! 2. 67

4. 0 16. 6 0. 84 2. 0 167 110 ! 2. 53

3. 0 12. 3 0. 84 1. 98 135 93 ! 3. 4

表 3  脉冲波形随重频的变化

重复频率/

kHz

调制器板

压/ kV

调制器板

流( mA)

上升时间

( ns)

下降时间

( ns)

半高宽

( s)

5 7. 2 40 215 167 1. 36

10 7. 1 70 235 185 1. 35

20 7. 0 130 263 222 1. 34

40 6. 8 260 307 265 1. 33

60 6. 7 390 333 285 1. 25

80 6. 5 520 355 305 1. 17

100 6. 5 640 365 320 1. 10

7  结束语

由于时间紧迫, 在研制 100 kHz 调制器过程中, 先

后做了基本刚管调制器加脉冲变压器输出的方案实

验, 全浮动调制器及电容耦合浮动板调制器的方案实

验, 还做了高电位激励信号及保护信号的光纤传输、变

压器传输等实验, 既有失败的教训, 也有成功的经验。

尤其是光纤传输的全浮动调制器, 在信号延时、高电位

小信号放大、抗干扰、固态器件的保护等方面做了大量

工作。在满足 100 kHz 的工作条件下, 电容耦合方案

比全浮动方案好, 高电位隔离等问题比较容易解决。

在方案实验及调试过程中得到魏智研究员、李家

胤教授、张冰教授等同志的指导与帮助, 这里一并表示

感谢。

参 考 文 献

1  强伯涵, 魏 智. 现代雷达发射机的理论与实践. 北京: 国

防工业出版社, 1985

2  魏 智, 罗雪芳. 高压硅堆在雷达发射机中的应用. 现代

雷达, 1998, 20( 1) : 74~ 82

3  杨光培. 高电压撬棒. 真空电子技术, 1998( 5) : 54~ 56 ?

( 上接第 38 页)

( 4) TLC2543 每一数字量对应电压为( REF+ -

REF- ) / 4 096, 我们采用 REF+ = 5 V, REF- = 0 V。

3  结束语

为了适于现场勘测, 进行实时数据采集, 单片机数

据采集系统选用了体积小、功能全的 12 位 TLC2543

作为A/ D 转换器, 用 M C14489 构成了采集数据实时

显示系统, 带有 RS232 通信接口, 并且采用 C51 对系

统编程, 系统具有易实现、易编程、可移植、体积小、功

耗低等优点, 具有良好的应用前景与推广价值。

参 考 文 献

1  姚 远, 吕 康. 基于电力线载波通讯技术的公共路灯远

程监控系统. 武汉理工大学学报( 信息 与管理工程版) ,

2002, 23( 3) : 28~ 30, 50

2  李 华. MCS51 系列单片机实用接口技术. 北京: 北京航

空航天大学出版社, 1997

3  马忠梅. 单片机的 C 语言应用程序设计. 北京: 北京航空航

天大学出版社, 1999

4  陈龙三. 8051 单片机 C 语言控制与应用. 北京: 清华大学

出版社, 1998 ?

?51?

钱 锰, 等: 用于多注管的 100 kHz 调制器


TLC2543在89C51单片机数据采集系统中的应用.pdf