１ＬＴＣ２４００的引脚功能和内部结构

它采用８脚ＳＯ－８封装,其引脚排列如图１所示。

其引脚功能如下：

１脚ＶＣＣ：电源;

２脚ＶＲＥＦ：参考电压输入端;

３脚ＶＩＮ：模拟信号输入脚;

４脚ＧＮＤ：接地脚;

５脚ＣＳ：片选端,低电平有效;

６脚ＳＤＯ：数据输出端,同时也是转换数据有效的指示端;

７脚ＳＣＫ：时钟脚,双向;

８脚ＦＯ：数字输入脚,用于选择需要抑制的频率和ＡＤ转换时间。

ＬＴＣ２４００的供电电压ＶＣＣ的范围为２．７～５．５Ｖ;所需外接基准电压源的电压范围为０．１Ｖ～ＶＣＣ;模拟信号输入ＶＩＮ的输入电压范围为－０．１２５ＶＲＥＦ～１．１２５ＶＲＥＦ。

ＬＴＣ２４００内部已集成了高精度的振荡器,因此采用片内振荡器时不需要外接任何元件。ＬＴＣ２４００的数字滤波器能够抑制５０Ｈｚ或６０Ｈｚ及其谐波。当芯片的Ｆ０脚接ＶＣＣ时,使用内部振荡器可对输入信号中的５０Ｈｚ干扰进行大于１１０ｄＢ的抑制,其ＡＤ转换时间为１６０ｍｓ;Ｆ０脚接ＧＮＤ时,使用内部振荡器可对输入信号中的６０Ｈｚ干扰进行大于１１０ｄＢ的抑制,ＡＤ转换时间为１３３ｍｓ;当Ｆ０脚接外部振荡器ｆＥＯＳＣ时,其抑制的频率为ｆＥＯＳＣ／２５６０,ＡＤ转换时间为２０４８／ｆＥＯＳＣ。图２所示为ＬＴＣ２４００的内部结构。

２ＬＴＣ２４００的工作过程及串行输出

２．１ ＬＴＣ２４００的工作过程

ＬＴＣ２４００是一种低功耗、采用Δ－Σ技术且具有３线串行接口的ＡＤ转换器,而且在ＡＤ转换完成后将直接进入睡眠状态。ＬＴＣ２４００的三线接口线分别是数据输出（ＳＤＯ）、时钟（ＳＣＫ）和片选（ＣＳ）。其工作流程如图３所示。

ＬＴＣ２４００完成转换就进入睡眠状态。睡眠状态的供电电流仅为２０μＡ。若ＣＳ一直为高电平,芯片将保持睡眠状态。进入睡眠状态时,数据最后的转换结果将保存在芯片内部的静态移位寄存器中。

当ＣＳ变为低电平时,ＬＴＣ２４００开始输出转换结果,此时数据转换没有等待时间,输出数据即为刚进行的转换结果。该转换结果是在串行时钟ＳＣＫ的控制下由ＳＤＯ输出的,并在ＳＣＫ的下降沿更新,而在ＳＣＫ的上升沿可靠读取。当３２位数据从ＬＴＣ２４００读出或当ＣＳ被拉高时,数据输出结束。此后ＬＴＣ２４００将自动开始新的数据转换和重复周期。

２．２ ＬＴＣ２４００的串行输出接口

通过对ＣＳ和ＳＣＫ的控制,ＬＴＣ２４００可以提供几种灵活的接口模式（内部或外部的ＳＣＫ模式）。不同转换模式的选择无需对ＬＴＣ２４００的寄存器进行设置,并且不影响数据转换周期。使用时钟信号ＳＣＫ（ＰＩＮ７）控制转换数据的输出时,转换结果将在时钟ＣＬＫ的下降沿由ＳＤＯ脚输出。在内部时钟模式,ＳＣＫ信号由ＬＴＣ２４００产生输出在外部ＳＣＫ模式,ＳＣＫ为ＬＴＣ２４００外部输入的时钟信号。下面详细介绍外部串行时钟的三线接口方法。

当ＬＴＣ２４００上电时,如果ＳＣＫ为低电平,转换进入外部串行模式;在ＣＳ信号的下降沿,ＳＣＫ信号必须为低电平。

当ＣＳ为高电平时,ＳＤＯ为高阻态,此时,ＳＤＯ连接的接口线可以作为其它应用。如果ＬＴＣ２４００在转换和睡眠时ＣＳ为低电平,那么,ＳＤＯ的输出状态将用于指示ＥＯＣ。在ＡＤ转换阶段,ＳＤＯ的输出状态ＥＯＣ将变为高电平,而一旦转换完成,ＥＯＣ又变为低电平。在ＬＴＣ２４００处于睡眠状态时,如果ＣＳ为低电平,系统会在ＳＣＫ的上升沿将其唤醒。图４所示是ＬＴＣ２４００的外部串行时钟接口时序图。

ＣＳ信号除用来检测ＬＴＣ２４００的状态和输出ＡＤ转换数据外,还可用来控制全部串行数据输出之前进行的新一次ＡＤ转换。在ＬＴＣ２４００处于数据输出状态时,ＣＳ由低变高以停止串行输出,同时开始新的ＡＤ转换。

由于在ＣＳ为高电平时,数据输出端ＳＤＯ为高阻态,因此,在ＬＴＣ２４００的转换过程中,可通过将ＣＳ变为低电平来检测转换状态。当ＣＳ为低电平时,ＳＤＯ脚输出的ＥＯＣ信号为１,表示转换正在进行;ＥＯＣ为０表示转换完成,系统处于睡眠状态。当ＬＴＣ２４００处于睡眠状态时,其转换结果将保存在内部移位寄存器中。ＣＳ为低可在ＳＣＫ的上升沿唤醒ＬＴＣ２４００,此时转换数据将在ＳＣＫ的下降沿串行输出。ＥＯＣ通常在ＳＣＫ的第一个上升沿被锁存,直到第３２个上升沿锁存结束,同时,系统将在第３２个下降沿开始的新一轮转换。

一般情况下,在数据输出过程中,如果ＣＳ为低电平,那么,系统将在ＳＣＫ的第一个上升沿和第３２个下降沿中间将ＣＳ变高以停止数据输出。

３和ＡＴ８９Ｃ２０５１单片机的接口应用

利用ＬＴＣ２４００实现高精度信号采集功能的系统原理图如图５所示。在该数据采集系统中,ＬＴ２４００芯片的外围电路十分简单。ＡＴ８９Ｃ２０５１单片机作为控制器,其中Ｐ１．４、Ｐ１．５和Ｐ１．６与ＬＴＣ２４００的ＳＣＫ、ＳＤＯ和ＣＳ相连,数据转换结果也通过该串行口输出;该系统采用电压为５Ｖ的基准源;信号由ＬＴＣ２４００的ＶＩＮ输入,输入的电压范围为－０．６２５～５．６２５Ｖ;转换速率为６．２５ＰＰＳ;数据通过ＡＴ８９Ｃ２０５１的ＲＸＤ和ＴＸＤ并经ＭＡＸ２０２进行电平转换后由串行口输出给上位机。

通过实际应用证明,ＬＴＣ２４００芯片具有很高的性能,可以较好地实现预期的设计功能,目前笔者已将其应用在地震前兆形变观测仪器中,且效果良好。