【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿時(shí)被送入TLC2543(高位先送入)，同時(shí)上一周期轉(zhuǎn)換的A/D數(shù)據(jù)，即輸出數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)從DATAOUT一位一位地移出（下降沿）。（在cs=0時(shí)輸出第一位，其他的在下降沿輸出）
四、TLC2543的簡(jiǎn)要工作過(guò)程
TLC2543的工作過(guò)程分為兩個(gè)周期:I/O周期和轉(zhuǎn)換周期。 a) I/O周期 ：I/O周期由外部提供的I/O CLOCK定義,延續(xù)12或16個(gè)時(shí)鐘周期,決定于選定的輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。器件進(jìn)入I/O周期后同時(shí)進(jìn)行兩種操作。 在I/O CLOCK的前8個(gè)脈沖的上升沿,以MSB前導(dǎo)方式從DATA INPUT端輸入8位數(shù)據(jù)流到輸入寄存器。其中前4位為模擬通道地址,控制14通道模擬多路器從11個(gè)模擬輸入和三個(gè)內(nèi)部測(cè)電壓中選通一路送到采樣保持電路,該電路從第4個(gè)I/O CLOCK脈沖的下降沿開始對(duì)所選信號(hào)進(jìn)行采樣,直到最后一個(gè)I/O CLOCK脈沖的下降沿。I/O周期的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)與輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度(位數(shù))同時(shí)由輸入數(shù)據(jù)的DD2位選擇為12或16。當(dāng)工作于12或16位時(shí),在前8個(gè)時(shí)鐘脈沖之后,DATA INPUT無(wú)效。
在DATA OUT端串行輸出12或16位數(shù)據(jù)。當(dāng)CS保持為低時(shí),第一個(gè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)在EOC的上升沿。若轉(zhuǎn)換由CS控制,則第一個(gè)輸出數(shù)據(jù)發(fā)生在CS的下降沿。這個(gè)數(shù)據(jù)串是前一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果,在第一個(gè)輸出數(shù)據(jù)位之后的每個(gè)后續(xù)位均由后續(xù)的I/O時(shí)鐘下降沿輸出。
b) 轉(zhuǎn)換周期 ：在I/O周期的最后一個(gè)I/O CLOCK下降沿之后,EOC變低,采樣值保持不變,轉(zhuǎn)換周期開始,片內(nèi)轉(zhuǎn)換器對(duì)采樣值進(jìn)行逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換,其工作由與I/O CLOCK同步的內(nèi)部時(shí)鐘控制。轉(zhuǎn)換完成后EOC變高,轉(zhuǎn)換結(jié)果鎖存在輸出數(shù)據(jù)寄存器中,待下一個(gè)I/O周期輸出。I/O周期和轉(zhuǎn)換周期交替進(jìn)行,從而可減小外部的數(shù)字噪聲對(duì)轉(zhuǎn)換精度的影響。
DAC7512是ＴＩ公司生產(chǎn)具有內(nèi)置緩沖放大器低功耗單片12模轉(zhuǎn)換器。其片內(nèi)高精度輸出放大器可獲得滿幅（供電電源電壓與地電壓間）任意輸出。DAC7512帶有一個(gè)時(shí)鐘達(dá)30MHz行界面，因而可接入高速DSP。其接口與SPI、QSPI、Microwire及DSP接口兼容，因而可與intel系列單片機(jī)、Motorola系列單片機(jī)直接連接而無(wú)需任何其它接口電路。 由于DAC7512串行數(shù)模轉(zhuǎn)換器可選擇供電電源來(lái)作為參考電壓，因而具有很寬動(dòng)態(tài)輸出范圍，此外，DAC7512數(shù)模轉(zhuǎn)換器還具有三種關(guān)斷工作模式。正常工作狀態(tài)下，低功耗DAC7512無(wú)疑是便攜式電池供電設(shè)備理想器件。提示請(qǐng)看下圖:DAC7512主要特點(diǎn)如下： ●微功耗，5V作電流消耗為135uA （DAC7512）；●在掉電模式時(shí)，如果采用5V供電，其電流消耗為135nA，而采用3V供電時(shí)，其電流消耗僅為50nA；●供電電壓范圍為+—+；●上電輸出復(fù)位后輸出為0V；●具有三種關(guān)斷工作模式可供選擇，；●帶有低功耗施密特輸入串行接口 ； ●內(nèi)置滿幅輸出緩沖放大器；●具有SYNC中斷保護(hù)機(jī)制。采用SOT235封裝DAC7512引腳排列如圖4。其引腳定義如下： VOUT：芯片模擬輸出電壓； GND：器件內(nèi)所有電路地參考點(diǎn)； VDD：供電電源，直流+—+；DIN：串行數(shù)據(jù)輸入； SCLK：串行時(shí)鐘輸入； SYNC：輸入控制信號(hào)（低電平有效）。內(nèi)部結(jié)構(gòu) ：DAC7512組成框圖如圖2所示。圖中輸入控制邏輯用于控制DAC寄存器寫操作，掉電控制邏輯與電阻網(wǎng)絡(luò)一起用來(lái)設(shè)置器件工作模式，即選擇正常輸出還是把輸出端與緩沖放大器斷開，而接入固定電阻。芯片內(nèi)緩沖放大器具有滿幅輸出特性，可驅(qū)動(dòng)2KΩ及1000pf并聯(lián)負(fù)載。接口工作模式 ：DAC7512采用三線制串行接口，其串行寫操作時(shí)序如圖3所示。寫操作開始前，SYNC要置低，DIN數(shù)據(jù)在串行時(shí)鐘SCLK下降沿依次移入16位寄存器。在串行時(shí)鐘第16個(gè)下降沿到來(lái)時(shí)，將最后一位移入寄存器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)工作模式設(shè)置及DAC內(nèi)容刷新，從而完成一個(gè)寫周期操作。此時(shí)，SYNC可保持低電平或置高，但在下一個(gè)寫周期開始前，SYNC必須轉(zhuǎn)為高電平并至少保持33ns以便SYNC有時(shí)間產(chǎn)生下降沿來(lái)啟動(dòng)下一個(gè)寫周期。若SYNC在一個(gè)寫周期內(nèi)轉(zhuǎn)為高電平，則本次寫操作失敗，寄存器強(qiáng)行復(fù)位。由于施密特緩沖器在SYNC高電平時(shí)電流消耗大于低電平時(shí)電流消耗，因此，在兩次寫操作之間，應(yīng)把SYNC置低以降低功耗。 DAC7512片內(nèi)移位寄存器寬度為16位，其中DB1DB14是空閑位，DB1DB12是工作模式選擇位元元、DB11～DB0是數(shù)據(jù)位。器件內(nèi)部帶有上電復(fù)位電路。上電后，寄存器置0，所以DAC7512處于正常工作模式，模擬輸出電壓為0V。 DAC7512四種工作模式可由寄存器內(nèi)DB1DB12來(lái)控制。掉電模式下，不僅器件功耗要減小，而且緩沖放大器輸出級(jí)通過(guò)內(nèi)部電阻網(wǎng)絡(luò)接到1KΩ、100KΩ或開路。而處于掉電模式時(shí)，所有線性電路都斷開，但寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)不受影響。與微處理器接口DAC7512與8051微控制器接口如圖４所示。圖中，8051TXD驅(qū)動(dòng)DAC7512ＳCLK，而RXD則驅(qū)動(dòng)DAC7512串行數(shù)據(jù)線。設(shè)計(jì)時(shí)可用8051一個(gè)I/O位作為SYNC信號(hào)。在數(shù)據(jù)傳輸期間。由于8051TXD腳輸出時(shí)是低位在前，而DAC7512片內(nèi)寄存器接收時(shí)是高位在前，故在傳送數(shù)據(jù)前，應(yīng)當(dāng)用軟件把數(shù)據(jù)調(diào)整好。 由于8051一次只能傳輸8位數(shù)據(jù)。因此，在一個(gè)寫周期內(nèi)，應(yīng)當(dāng)用8個(gè)時(shí)鐘在其下降沿把資料寫入DAC7512。寫數(shù)據(jù)時(shí)，MSB在前。由于DAC7512內(nèi)有16位寄存器，故在寫完第一個(gè)字節(jié)后，以便傳輸?shù)诙€(gè)字節(jié)。 第三章 硬件電路設(shè)計(jì)：壓力信號(hào)采樣信道如圖所示。壓力傳感器的輸入信號(hào)為10～+10V的電壓信號(hào)。電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)U404A電壓反向跟隨器后，再與U404B的調(diào)零電路電壓迭加，其目的是用來(lái)校正輸入信號(hào)的零位，接著電壓信號(hào)再進(jìn)入U(xiǎn)404C的放大濾波電路，對(duì)前級(jí)的信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)目s放、濾波處理，使其在A/D的采樣范圍內(nèi)，最后在經(jīng)過(guò)2個(gè)限幅的保護(hù)二極管后經(jīng)過(guò)U404D的電壓跟隨器送入A/D采樣器。運(yùn)算放大器（簡(jiǎn)稱“運(yùn)放”）是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。在實(shí)際電路中，通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。由于早期應(yīng)用于模擬計(jì)算機(jī)中，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算，故得名“運(yùn)算放大器”。運(yùn)放是一個(gè)從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實(shí)現(xiàn)，也可以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，大部分的運(yùn)放是以單芯片的形式存在。這里我們采用較常見(jiàn)的低功耗運(yùn)算放大器LFC4。運(yùn)放如圖有兩個(gè)輸入端a（反相輸入端），b(同相輸入端)和一個(gè)輸出端o。也分別被稱為倒向輸入端非倒向輸入端和輸出端。當(dāng)電壓U加在a端和公共端(公共端是電壓為零的點(diǎn)，它相當(dāng)于電路中的參考結(jié)點(diǎn)。)之間，且其實(shí)際方向從a 端高于公共端時(shí)，輸出電壓U實(shí)際方向則自公共端指向o端，即兩者的方向正好相反。當(dāng)輸入電壓U+加在b端和公共端之間，U與U+兩者的實(shí)際方向相對(duì)公共端恰好相同。為了區(qū)別起見(jiàn)，a端和b 端分別用和+號(hào)標(biāo)出，但不要將它們誤認(rèn)為電壓參考方向的正負(fù)極性。電壓的正負(fù)極性應(yīng)另外標(biāo)出或用箭頭表示。反轉(zhuǎn)放大器和非反轉(zhuǎn)放大器如下圖： 一般可將運(yùn)放簡(jiǎn)單地視為：具有一個(gè)信號(hào)輸出端口（Out）和同相、反相兩個(gè)高阻抗輸入端的高增益直接耦合電壓放大單元，因此可采用運(yùn)放制作同相、反相及差分放大器。 運(yùn)放的供電方式分雙電源供電與單電源供電兩種。對(duì)于雙電源供電運(yùn)放，其輸出可在零電壓兩側(cè)變化，在差動(dòng)輸入電壓為零時(shí)輸出也可置零。采用單電源供電的運(yùn)放，輸出在電源與地之間的某一范圍變化。 運(yùn)放的輸入電位通常要求高于負(fù)電源某一數(shù)值，而低于正電源某一數(shù)值。經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的運(yùn)放可以允許輸入電位在從負(fù)電源到正電源的整個(gè)區(qū)間變化，甚至稍微高于正電源或稍微低于負(fù)電源也被允許。這種運(yùn)放稱為軌到軌（railtorail）輸入運(yùn)算放大器。 運(yùn)算放大器的輸出信號(hào)與兩個(gè)輸入端的信號(hào)電壓差成正比，在音頻段有：輸出電壓=A0（E1E2），其中，A0 是運(yùn)放的低頻開環(huán)增益（如 100dB，即 100000 倍），E1 是同相端的輸入信號(hào)電壓，E2 是反相端的輸入信號(hào)電壓。：溫度信號(hào)采樣信道如圖所示。溫度傳感器采用PT100熱敏電阻，它的工業(yè)原理：當(dāng)PT100在0攝氏度的時(shí)候他的阻值為100歐姆，它的阻值會(huì)隨著溫度上升而成近似勻速的增長(zhǎng)。但他們之間的關(guān)系并不是簡(jiǎn)單的正比的關(guān)系，而更應(yīng)該趨近于一條拋物線。其阻值隨溫度上升而增加；PT100與u403A組成溫度檢測(cè)電路，把PT100阻值的變化量轉(zhuǎn)換成U403A輸出端的電壓變化值，該電壓再與U403B 所在的調(diào)零電路電壓迭加，調(diào)零的目的是用來(lái)校正輸入信號(hào)的零位。通道中的U403C、U403D兩級(jí)電路與壓力采樣信道相同，起放大、濾波、限幅、電壓跟隨等作用。熱敏電阻將長(zhǎng)期處于不動(dòng)作狀態(tài)；當(dāng)環(huán)境溫度和電流處于c區(qū)時(shí)，熱敏電阻的散熱功率與發(fā)熱功率接近，因而可能動(dòng)作也可能不動(dòng)作。熱敏電阻在環(huán)境溫度相同時(shí)，動(dòng)作時(shí)間隨著電流的增加而急劇縮短；熱敏電阻在環(huán)境溫度相對(duì)較高時(shí)具有更短的動(dòng)作時(shí)間和較小的維持電流及動(dòng)作電流。 ptc效應(yīng)是一種材料具有ptc(positive temperature coefficient）效應(yīng)，即正溫度系數(shù)效應(yīng)，僅指此材料的電阻會(huì)隨溫度的升高而增加。如大多數(shù)金屬材料都具有ptc效應(yīng)。在這些材料中，ptc效應(yīng)表現(xiàn)為電阻隨溫度增加而線性增加，這就是通常所說(shuō)的線性ptc效應(yīng)。 非線性ptc效應(yīng) 經(jīng)過(guò)相變的材料會(huì)呈現(xiàn)出電阻沿狹窄溫度范圍內(nèi)急劇增加幾個(gè)至十幾個(gè)數(shù)量級(jí)的現(xiàn)象，即非線性ptc效應(yīng)，相當(dāng)多種類型的導(dǎo)電聚合體會(huì)呈現(xiàn)出這種效應(yīng)，如高分子ptc熱敏電阻。這些導(dǎo)電聚合體對(duì)于制造過(guò)電流保護(hù)裝置來(lái)說(shuō)非常有用。 高分子ptc熱敏電阻用于過(guò)流保護(hù) 高分子ptc熱敏電阻又經(jīng)常被人們稱為自恢復(fù)保險(xiǎn)絲（下面簡(jiǎn)稱為熱敏電阻），由于具有獨(dú)特的正溫度系數(shù)電阻特性，因而極為適合用作過(guò)流保護(hù)器件。熱敏電阻的使用方法象普通保險(xiǎn)絲一樣，是串聯(lián)在電路中使用。 當(dāng)電路正常工作時(shí)，熱敏電阻溫度與室溫相近、電阻很小，串聯(lián)在電路中不會(huì)阻礙電流通過(guò)；而當(dāng)電路因故障而出現(xiàn)過(guò)電流時(shí)，熱敏電阻由于發(fā)熱功率增加導(dǎo)致溫度上升，當(dāng)溫度超過(guò)開關(guān)溫度時(shí)，電阻瞬間會(huì)劇增。熱敏電阻動(dòng)作后，電路中電流有了大幅度的降低，圖中t為熱敏電阻的動(dòng)作時(shí)間。由于高分子ptc熱敏電阻的可設(shè)計(jì)性好，可通過(guò)改變自身的開關(guān)溫度（ts）來(lái)調(diào)節(jié)其對(duì)溫度的敏感程度，因而可同時(shí)起到過(guò)溫保護(hù)和過(guò)流保護(hù)兩種作用，如kt16－1700dl規(guī)格熱敏電阻由于動(dòng)作溫度很低，因而適用于鋰離子電池和鎳氫電池的過(guò)流及過(guò)溫保護(hù)。環(huán)境溫度對(duì)高分子ptc熱敏電阻的影響 高分子ptc熱敏電阻是一種直熱式、階躍型熱敏電阻，其電阻變化過(guò)程與自身的發(fā)熱和散熱情況有關(guān)，因而其維持電流（ihold）、動(dòng)作電流（itrip）及動(dòng)作時(shí)間受環(huán)境溫度影響。當(dāng)環(huán)境溫度和電流處于a區(qū)時(shí)，熱敏電阻發(fā)熱功率大于散熱功率而會(huì)動(dòng)作；當(dāng)環(huán)境溫度和電流處于b區(qū)時(shí)發(fā)熱功率小于散熱功率，高分子ptc熱敏電阻由于電阻可恢復(fù)，因而可以重復(fù)多次使用。熱敏電阻動(dòng)作后，恢復(fù)過(guò)程中電阻隨時(shí)間變化的示意圖。，此時(shí)熱敏電阻的維持電流已經(jīng)恢復(fù)到額定值，可以再次使用了。面積和厚度較小的熱敏電阻恢復(fù)相對(duì)較快；而面積和厚度較大的熱敏電阻恢復(fù)相對(duì)較慢。熱敏電阻的主要特點(diǎn)是：（1）靈敏度較高，其電阻溫度系數(shù)要比金屬大10～100倍以上，能檢測(cè)出106℃的溫度變化；（2）工作溫度范圍寬，常溫器件適用于55℃～315℃，高溫器件適用溫度高于315℃（目前最高可達(dá)到2000℃），低溫器件適用于273℃～55℃；（3）體積小，能夠測(cè)量其他溫度計(jì)無(wú)法測(cè)量的空隙、腔體及生物體內(nèi)血管的溫度；（4）使用方便，～100kΩ間任意選擇；（5）易加工成復(fù)雜的形狀，可大批量生產(chǎn)；⑥穩(wěn)定性好、過(guò)載能力強(qiáng)。熱敏電阻技術(shù)參數(shù)：（1）標(biāo)稱阻值Rc：一般指環(huán)境溫度為25℃時(shí)熱敏電阻器的實(shí)際電阻值。（2）實(shí)際阻值RT：在一定的溫度條件下所測(cè)得的電阻值。 （3）材料常數(shù)：它是一個(gè)描述熱敏電阻材料物理特性的參數(shù)，也是熱靈敏度指標(biāo)，B值越大，表示熱敏電阻器的靈敏度越高。應(yīng)注意的是，在實(shí)際工作時(shí)，B值并非一個(gè)常數(shù)，而是隨溫度的升高略有增加。 （4）電阻溫度系數(shù)αT：它表示溫度變化1℃時(shí)的阻值變化率，單位為%/℃。 （5）時(shí)間常數(shù)τ：熱敏電阻器是有熱慣性的，時(shí)間常數(shù)，就是一個(gè)描述熱敏電阻器熱慣性的參數(shù)。它的定義為，在無(wú)功耗的狀態(tài)下，當(dāng)環(huán)境溫度由一個(gè)特定溫度向另一個(gè)特定溫度突然改變時(shí)，%所需的時(shí)間。τ越小，表明熱敏電阻器的熱慣性越小。 （6）額定功率PM：在規(guī)定的技術(shù)條件下，熱敏電阻器長(zhǎng)期連續(xù)負(fù)載所允許的耗散功率。在實(shí)際使用時(shí)不得超過(guò)額定功率。若熱敏電阻器工作的環(huán)境溫度超過(guò) 25℃，則必須相應(yīng)降低其負(fù)載。 （7）額定工作電流IM：熱敏電阻器在工作狀態(tài)下規(guī)定的名義電流值。 （8）測(cè)量功率Pc：在規(guī)定的環(huán)境溫度下，%時(shí)所消耗的電功率。 （9）最大電壓：對(duì)于NTC熱敏電阻器，是指在規(guī)定的環(huán)境溫度下，不便熱敏電阻器弓起熱失控所允許連續(xù)施加的最大直流電壓；對(duì)于PTC熱敏電阻器，是指在規(guī)定的環(huán)境溫度和靜