基于光強傳感器TSL256x的感測系統方案設計

TSL256x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傳感器芯片。本文簡(jiǎn)要介紹了TSL256x的基本特點(diǎn)、引腳功能、內部結構和工作原理，給出了TSL2561的實(shí)用電路、軟件設計流程以及核心程序。

關(guān)鍵詞 光強傳感器 TSL256x I2C總線(xiàn) 積分式A/D轉換器

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；還可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 mm×1.75 mm超小封裝，在低功耗模式下，功耗僅為0.75 mW；
　　◇ 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： 6LEAD CHIPSCALE和6LEAD 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。

圖1 TSL256x封裝

　　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。

表1 器件訪(fǎng)問(wèn)地址與引腳2電平的對應關(guān)系

　　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0和通道1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( System Management Bus) V1.1或V2.0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。

圖2 TSL256x內部結構圖

表2 TSL256x內部寄存器地址及作用

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TSL2561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。

圖3 微控制器與TSL2561的硬件連接圖