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基于TC534的数据采集卡设计
基于TC534的数据采集卡设计 关键词：TC534，数据采集，设计 引言 数据采集常用的器件一般有：多路模拟开关，采样和保持电路，A/D转换 器，D/A转换器，分频器，计数器/定时器，串行口等，这些器件都具有相对的独 立性，它们可以根据不同的使用要求组成不同的采集电路。作为普适性的器件， 在结构较简单系统中是实用的，也是比较经济的。但随着更高要求的数据采集系 统，尤其是智能化装置中的数据采集系统的发展，如果继续采用一般的器件，就 可能会造成整个系统无论是硬件电路，还是控制软件，都较庞大，复杂，而且也 可能引起系统可靠性，稳定性，经济性等方面的问题。TC534是美国加恒公司研制的专配微处理器的可编程精密数据采集系统， 可广泛用于智能化测量系统及工业过程控制等领域。
* TC534的性能特点 1.TC534是集成了多路转换器，精密A/D转换器，状态逻辑控制器，振荡 分频器，串行口等部分的大规模集成电路形式的单片数据采集系统，具有很高的 性价比。TC534为4通道输入芯片，能采集4路差动输入的模拟信号，信号幅度最 大为±4.2V。
2.集成的精密双积分式A/D转换器（其超量程位可达17位），其自动调零 误差，非线性误差和翻转误差分别为0.005%FS，0.015%FS，0.03%FS(FS代表满 量程值)，可完成高准确度的A/D转换。
3.具有数据输入，数据输出，数据时钟等3线的串行口和读写控制端，很 容易实现与微机的连接。串行口中还包括输入/输出移位寄存器，CPU可通过相 应的串行口进行编程，并可设定自动调零，正向积分的时间及转换速率，以适应 不同使用场合所需。
4.具有自动转换极性(POL)，超量程检测(OVR)功能。利用片内高效DC/DC 电源转换器能获得-5V电源，除了提供内部多路转换器使用外，还可输出10mA 电流，供外部电路（如运算放大器，模拟开关等）使用。5.低功耗。采用+5V单电源供电，最大工作电流仅5mA，功耗不超过25mW。
* TC534工作原理 1.管脚功能 TC534采用的是DIP—40封装方式，其管脚排列如下图。
图 V+,COM管脚分别是A/D转换器和DC/DC负电源变换器的正电源端和模拟地。
V-,AGND,OSC管脚依次为DC/DC负电源变换器的-5V输出端，模拟地，外接振荡 电容端。AGND可与COM连通。CAP+,CAP-接充电泵电容的正负两极。Vcc和 DGND管脚分别为串行口的正电源端和接地端。通常Vcc接V+，DGND接μP的地 端。CINT,CAZ,BUF分别接积分电容CINT，自动调零电容CAZ，积分电阻RINT。
CREF+,CREF-接基准电容的正负两端。CH1+和CH1-—CH4+和CH4-是通道1—通 道4的差动模拟信号正负输入端。A1,A0为多路转换器的通道地址线，其中A0为 低位地址线。OSC1,OSC0是外接2MHz石英晶体端。DIN是串行输入端，由μP设 定的自动调零及正向积分时间由该端输入，并且设定值首先进入输入移位寄存器 的最低有效位。上电后经过初始化，即可随时重新输入或修改设定值。DOUT为 串行数据输出端，仅当R/ =1时输出有效。DCLK为串行时钟端，串行时钟最高频 率为3MHz。当R/ =1（高电平）时，在每个时钟的下降沿时刻，A/D转换数据就 从DOUT端输出，并将下一位数据移至此端；
当R/=0时，对应于每个时钟的上升 沿，设定值经端写入TC534中。读写控制端R/=1时进行读操作，反之为写操作。
为A/D转换结束标志，每次A/D转换结束之后，该端输出一个负脉冲，可向μP申 请中断，实现读操作。R为复位端，上电时应使R=1，A/D转换器进入自动调零 阶段；
R=0时允许A/D转换。利用上电复位电路（或μP）发出复位信号。在改变 多路转换器地址线时，μP也应产生复位信号，使A/D转换暂停。此外，在发出加 信号时必须令R=1，以免出现错误信息。
2.工作原理 TC534的原理框图如图。
TC534原理图 从图中可以看到，TC534主要包括5部分：1)多路转换器。由多路模拟开关构成。改变地址码A1,A0，就可选择不同 的通道。使用中常采用差动输入的形式，如需改成单端输入时，应将CH1-—CH4- 端接到COM端。
2)双积分A/D转换器。TC534采用的是双积分A/D转换器，内含缓冲器，积 分器和比较器。每个转换周期分4个阶段进行，即自动调零（AZ），正向积分(INT)， 反向积分(DE)，积分器调零(IZ)。
3)状态逻辑控制器及振荡分频器。此部分能够根据比较器输出的电压大小 及其极性，适时地发出控制信号A,B，以保证A/D转换按规矩顺序与编程要求来 进行。控制器里还有定时器（可预置时基计数器），用来接收串行口送来的设定 值。振荡器外接来自2MHz石英晶体的时钟频率，再通过4分频作为内部的时基， 对A/D转换进行定时。
4)串行口。串行口中包括串行输入和串行输出移位寄存器。
5)DC/DC负电源变换器。为将正压直流输入变为负压直流输出的部分，利 用振荡器，模拟开关和泵电容来实现电压极性转换。
* TC534精密数据采集系统 TC534芯片与微处理器连接构成基本的数据采集与控制系统的原理如图 所示。
TC534的典型应用 如图所示，作为中断信号接到微处理器的端，再将串行口的R/，DOUT， DIN和DCLK端分别接到微处理器的I/O1—I/O4端。刚上电时，由于C1两端的压 降不可能发生突变，使得R端产生一个正向脉冲，将TC534复位（若C1=0.01μF， 能产生脉冲宽度为100ms的复位信号）。2MHz石英晶体JT接在OSC1，OSC0之间。
C2，C3是-5V电源发生器的充电泵电容。基准电压是由TC04提供的1.25V的基准 电压源，经多圈电位器RP分压后得到。R为限流电阻。
积分器最大输出电流为20μA，所以积分电阻RINT的值为：
RINT=VM/IINT=VM/(20×10-6) ........................(1)为了保证积分器工作的稳定性，应选RINT≥50kΩ。当满量程电压为2V时， RINT=100 kΩ。积分器的最大输出电压摆幅为V+≈0.9V，积分电容可由下式确定：
CINT=(20×10-6TINT)/(V+-0.9) ...........................(2) 以TINT=60ms，V+=5V代入(2)中，可得：CINT=0.29μF 实际使用时可采用0.33μF的聚丙烯电容。
CREF和CAZ的容量相等，并与A/D转换的速率是相关的，CREF值越小， 则转换速率就越高，它们之间的关系可参考如下：
A/D转换速率(MR/(次/s))：
7 2～7 2 CREF和CAZ的容量（μF）：
0.1 0.22 0.47
