基于光強傳感器TSL256x的感測系統設計

1 TSL256x簡(jiǎn)介
TSL2560和TSL2561是TAOS公司推出的一種高速、低功耗、寬量程、可編程靈活配置的光強度數字轉換芯片。該芯片可廣泛應用于各類(lèi)顯示屏的監控，目的是在多變的光照條件下，使得顯示屏提供最佳的顯示亮度并盡可能降低電源功耗；還町以用于街道光照控制、安全照明等眾多場(chǎng)合。該芯片的主要特點(diǎn)如下：
◇可編程設置許可的光強度上下閾值，當實(shí)際光照度超過(guò)該閾值時(shí)給出中斷信號；
◇數字輸出符合標準的SMBus(TSL2560)和I2C(TSL2561)總線(xiàn)協(xié)議；
◇模擬增益和數字輸出時(shí)間可編程控制；
◇1．25 mm1．75mm超小封裝，在低功耗模式下，功耗儀為0．75mW；
◇自動(dòng)抑制50 Hz／60 Hz的光照波動(dòng)。

2 TSL256x的引腳功能
TSL256x有2種封裝形式：6-LEAD CHIPSCALE和6-LEAD TMB。封裝形式不同，相應的光照度計算公式也不同。圖1為這兩種封裝形式的引腳分布圖。

各引腳的功能如下：
腳1和腳3：分別是電源引腳和信號地。其工作電壓范圍是2．7～3．5V。
腳2：器件訪(fǎng)問(wèn)地址選擇引腳。由于該引腳電平不同，該器件有3個(gè)不同的訪(fǎng)問(wèn)地址。訪(fǎng)問(wèn)地址與電平的對應關(guān)系如表1所列。

腳4和腳6：I2C或SMBus總線(xiàn)的時(shí)鐘信號線(xiàn)和數據線(xiàn)。
腳5：中斷信號輸出引腳。當光強度超過(guò)用戶(hù)編程設置的上或下閾值時(shí)，器件會(huì )輸出一個(gè)中斷信號。

3 TSL256x的內部結構和工作原理
TSL256x是第二代周?chē)h(huán)境光強度傳感器，其內部結構如圖2所示。通道0和通道1是兩個(gè)光敏二極管，其中通道0對可見(jiàn)光和紅外線(xiàn)都敏感，而通道1僅對紅外線(xiàn)敏感。積分式A／D轉換器對流過(guò)光敏二極管的電流進(jìn)行積分，并轉換為數字量，在轉換結束后將轉換結果存入芯片內部通道O和通道l各自的寄存器中。當一個(gè)積分周期完成之后，積分式A／D轉換器將自動(dòng)開(kāi)始下一個(gè)積分轉換過(guò)程。微控制器和TSL2560可通過(guò)標準的SMBus(Svstern Management Bus)V1．1或V2．O實(shí)現，TSL2561則可通過(guò)I2C總線(xiàn)協(xié)議訪(fǎng)問(wèn)。對TSL256x的控制是通過(guò)對其內部的16個(gè)寄存器的讀寫(xiě)來(lái)實(shí)現的，其地址如表2所列。

4 TSL256x應用設計
TSL256x的訪(fǎng)問(wèn)遵循標準的SMBus和I2C協(xié)議，這使得該芯片軟硬件設計變得非常簡(jiǎn)單。這兩種協(xié)議的讀寫(xiě)時(shí)序雖然很類(lèi)似，但仍存在不同之處。下面僅以TSL256l芯片為例，說(shuō)明TSL256x光強傳感器的實(shí)際應用。
4．1 硬件設計
TSL2561可以通過(guò)I2C總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)，所以硬件接口電路非常簡(jiǎn)單。如果所選用的微控制器帶有I2C總線(xiàn)控制器。則將該總線(xiàn)的時(shí)鐘線(xiàn)和數據線(xiàn)直接與TSL2561的I2C總線(xiàn)的SCL和SDA分別相連；如果微控制器內部沒(méi)有上拉電阻，則還需要再用2個(gè)上拉電阻接到總線(xiàn)上。如果微控制器不帶I2C總線(xiàn)控制器，則將TSL2561的I2C總線(xiàn)的SCL和SDA與普通I／O口連接即可；但編程時(shí)需要模擬I2C總線(xiàn)的時(shí)序來(lái)訪(fǎng)問(wèn)TSL2561，INT引腳接微控制器的外部中斷。硬件連接如圖3所示。

4．2 軟件設計
微控制器可以通過(guò)I2C總線(xiàn)協(xié)議對TSL2561進(jìn)行讀寫(xiě)。寫(xiě)數據時(shí)，先發(fā)送器件地址，然后發(fā)送要寫(xiě)的數據。TSL2561的寫(xiě)操作過(guò)程如下：先發(fā)送一組器件地址；然后寫(xiě)命令碼，命令碼是指定接下來(lái)寫(xiě)寄存器的地址00h～0fh和寫(xiě)寄存器的方式，是以字節、字或塊(幾個(gè)字)為單位進(jìn)行寫(xiě)操作的；最后發(fā)送要寫(xiě)的數據，根據前面命令碼規定寫(xiě)寄存器的方式，可以連續發(fā)送要寫(xiě)的數據，內部寫(xiě)寄存器會(huì )自動(dòng)加1。對于I2C協(xié)議具體的讀寫(xiě)時(shí)序，可以參考相關(guān)資料，在此不再贅述。TSL2561的軟件設計流程如圖4所示。

限于篇幅，在此給出對TSL2561讀寫(xiě)操作的部分程序：

當積分式A／D轉換器轉換完成后，可以從通道O寄存器和通道1寄存器讀取相應的值CH。和CH1，但是要以L(fǎng)ux(流明)為單位，還要根據CH0和CH1進(jìn)行計算。對于TMB封裝，假設光強為E(單位為L(cháng)ux)，則計算公式如下：

對于CHIPSCALE封裝，計算公式可以查看相應的芯片資料。

5 結論
采用TSL256x實(shí)現光強度實(shí)時(shí)監測的系統，具有精度高、成本低、體積小等優(yōu)點(diǎn)。芯片內部集成了積分式A／D轉換器，采用數字信號輸出，因此抗干擾能力比同類(lèi)芯片強。該芯片在光強監測控制領(lǐng)域已得到廣泛應用。