TLC549（8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"
#include "intrins.h"
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int

sbit SDO = P1^0; // 芯片的三个关键的输入数据端口，主要是靠外电压来提供的
sbit CS = P1^1;
sbit SCLK = P1^2;

sbit wei0 = P2^0;
sbit wei1 = P2^1;
sbit wei2 = P2^2;
sbit wei3 = P2^3;

// 数据是从0-9显示
uchar seg[] = {0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F, 0x6F};

void delay(uint N){ // 延时
	uint i;
	for (i = 0; i < N; i++){
		_nop_();
	}
}

uchar convert(){
	uchar i, dat = 0;
	
	CS = 0;  // 初状态，CS拉低，看SPI总线的定义
	for (i = 0; i < 8; i++){
		dat <<= 1;
		if (SDO == 1) dat |= 0x01; // 有数据，最低为置1
		
		/* SCLK 完成一次1到0的脉冲，即可实现数据的发送 */
		SCLK = 1;
		delay(4);
		SCLK = 0;
		delay(4);
	}
	CS = 1; // 完成数据转换，CS重新置高
	return dat;
}


void main(){
	uint value;

	while(1){
		/* 
			数据的接收位在这个，一字节的接收和转换，将5V模拟量转为255的离散数字量 
		*/
		value = convert() * 19.607; // 5000 / 255 
		
		wei0 = 0;
		P0 = seg[value/1000] + 0x80; // 这个是为了把小数点显示出来
		delay(500);
		wei0 = 1;
		
		wei1 = 0;
		P0 = seg[value%1000/100];
		delay(500);
		wei1 = 1;
		
		wei2 = 0;
		P0 = seg[value%100/10];
		delay(500);
		wei2 = 1;
		
		wei3 = 0;
		P0 = seg[value%10];
		delay(500);
		wei3 = 1;
	}
	
}

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%

单片机扩展串行8位AD转换器TLC549

        串行A/D转换器与单片机连接具有占用I/O口线少的优点，使用较多，大有取代并行A/D转换器的趋势。下面介绍单片机扩展串行8位 AD转换器TLC549的应用设计。

1. TLC549的特性及工作原理

        TLC549是美国TI公司推出的价廉、高性能的带有SPI接口的8位 AD转换器，其转换速度小于17µs，最大转换速率为 40kHz，内部系统时钟的典型值为4MHz，电源为3~6V。能方便与各种单片机通过SPI串行接口连接。

• CS：片选端。*
• DATAOUT：转换结果数据TTL电平串行输出端，输出时高位在前。
• ANALOGIN：模拟信号输入端，0≤ANALOGIN≤Vcc，当
• ANALOGIN≥REF+电压时，转换结果为全“1”(0xff)，
• ANALOGIN≤REF- 电压时，转换结果为全“0”(0x00)。
• I/O CLOCK：外接输入/输出时钟输入端，同于同步芯片的输入输出操作，无需与芯片内部系统时钟同步。
• REF+：正基准电压输入 2.5V≤REF+≤Vcc+0.1V。
• REF-：负基准电压输入端，-0.1V≤REF-≤2.5V。且：（REF+）－（REF-）≥1V。
• VCC：电源3V≤Vcc≤6V。
• GND：地。

1. TLC549 工作时序

（1）串行数据中高位A7先输出，最后输出低位A0；

（2）在每一次I/O COLCK高电平期间DATA OUT 线上数据产生有效输出，每出现一次I/O COLCK，DATA OUT线就输出1位数据。一个周期出现8 次I/O COLCK 信号并对应8位数据输出；

（3）在CS*变为低电平后，最高有效位（A7）自动置于DATA OUT 总线 。其余7位（A6~A0）在前7 个I/O CLOCK 下降沿由时钟同步输出。B7～B0 以同样方式跟在其后；

（4）tsu在片选信号CS*变低后，I/O COLCK 开始正跳变的最小时间间隔1.4μs；

（5）ten是从CS*变低到DATA OUT 线上输出数据最小时间（1.2μs）；

（6）只要I/O COLCK 变高就可读取DATA OUT 线上数据；

（7）只有在CS*端为低时，TLC549 才工作；

（8）TLC549的A/D转换电路没有启动控制端，只要读取前一次数据后马上就可以开始新的A/D 转换。转换完成后就进入保持状态。TLC549 每次转换所需时间是17μs， 它开始于 变为低电平后I/OCLOCK 的第8个下降沿，没有转换完成标志信号。

当CS变为低电平后，TLC549芯片被选中， 同时前次转换结果的最高有效位MSB （A7）自 DATA OUT 端输出，接着要求从I/O CLOCK端输入8个外部时钟信号，前7个 I/O CLOCK信号的作用，是配合TLC549 输出前次转换结果的的A6~A0 位，并为本次转换做准备：在第4个 I/O CLOCK 信号由高至低的跳变之后，片内采样/保持电路对输入模拟量采样开始，第8个 I/O CLOCK 信号的下降沿使片内采样/保持电路进入保持状态并启动 A/D开始转换。转换时间为 36 个时钟周期，最大为 17µs。直到 A/D转换完成前的这段时间内，TLC549 的控制逻辑要求：或者CS保持高电平，或者 I/O CLOCK 时钟端保持36个系统时钟周期低电平。

由此可见，在TLC549的 I/O CLOCK 端输入8个外部时钟信号期间需要完成以下工作：读入前次A/D转换结果；对本次转换的输入模拟信号采样并保持；启动本次 A/D转换开始。