基于光強傳感器TSL256x的感測系統(tǒng)設計

1 TSL256x簡介
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(shù)字轉換芯片。該芯片可廣泛應用于各類顯示屏的監(jiān)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、安全照明等眾多場合。該芯片的主要特點如下：
◇可編程設置許可的光強度上下閾值，當實際光照度超過該閾值時給出中斷信號；
◇數(shù)字輸出符合標準的SMBus(TSL2560)和I2C(TSL2561)總線協(xié)議；
◇模擬增益和數(shù)字輸出時間可編程控制；
◇1．25 mm1．75mm超小封裝，在低功耗模式下，功耗儀為0．75mW；
◇自動抑制50 Hz／60 Hz的光照波動。

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：器件訪問地址選擇引腳。由于該引腳電平不同，該器件有3個不同的訪問地址。訪問地址與電平的對應關系如表1所列。

腳4和腳6：I2C或SMBus總線的時鐘信號線和數(shù)據(jù)線。
腳5：中斷信號輸出引腳。當光強度超過用戶編程設置的上或下閾值時，器件會輸出一個中斷信號。

3 TSL256x的內部結構和工作原理
TSL256x是第二代周圍環(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是兩個光敏二極管，其中通道0對可見光和紅外線都敏感，而通道1僅對紅外線敏感。積分式A／D轉換器對流過光敏二極管的電流進行積分，并轉換為數(shù)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。當一個積分周期完成之后，積分式A／D轉換器將自動開始下一個積分轉換過程。微控制器和TSL2560可通過標準的SMBus(Svstern Management Bus)V1．1或V2．O實現(xiàn)，TSL2561則可通過I2C總線協(xié)議訪問。對TSL256x的控制是通過對其內部的16個寄存器的讀寫來實現(xiàn)的，其地址如表2所列。

4 TSL256x應用設計
TSL256x的訪問遵循標準的SMBus和I2C協(xié)議，這使得該芯片軟硬件設計變得非常簡單。這兩種協(xié)議的讀寫時序雖然很類似，但仍存在不同之處。下面僅以TSL256l芯片為例，說明TSL256x光強傳感器的實際應用。
4．1 硬件設計
TSL2561可以通過I2C總線訪問，所以硬件接口電路非常簡單。如果所選用的微控制器帶有I2C總線控制器。則將該總線的時鐘線和數(shù)據(jù)線直接與TSL2561的I2C總線的SCL和SDA分別相連；如果微控制器內部沒有上拉電阻，則還需要再用2個上拉電阻接到總線上。如果微控制器不帶I2C總線控制器，則將TSL2561的I2C總線的SCL和SDA與普通I／O口連接即可；但編程時需要模擬I2C總線的時序來訪問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I2C總線協(xié)議對TSL2561進行讀寫。寫數(shù)據(jù)時，先發(fā)送器件地址，然后發(fā)送要寫的數(shù)據(jù)。TSL2561的寫操作過程如下：先發(fā)送一組器件地址；然后寫命令碼，命令碼是指定接下來寫寄存器的地址00h～0fh和寫寄存器的方式，是以字節(jié)、字或塊(幾個字)為單位進行寫操作的；最后發(fā)送要寫的數(shù)據(jù)，根據(jù)前面命令碼規(guī)定寫寄存器的方式，可以連續(xù)發(fā)送要寫的數(shù)據(jù)，內部寫寄存器會自動加1。對于I2C協(xié)議具體的讀寫時序，可以參考相關資料，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Lux(流明)為單位，還要根據(jù)CH0和CH1進行計算。對于TMB封裝，假設光強為E(單位為Lux)，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實現(xiàn)光強度實時監(jiān)測的系統(tǒng)，具有精度高、成本低、體積小等優(yōu)點。芯片內部集成了積分式A／D轉換器，采用數(shù)字信號輸出，因此抗干擾能力比同類芯片強。該芯片在光強監(jiān)測控制領域已得到廣泛應用。