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(zhuǎn)換芯片,。該芯片可廣泛應(yīng)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,；還可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(shè)置許可的光強度上下閾值,，當(dāng)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 mm×1.75 mm超小封裝,，在低功耗模式下，功耗僅為0.75 mW,；
◇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： 6LEAD CHIPSCALE和6LEAD TMB。封裝形式不同,，相應(yīng)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(yīng)關(guān)系如表1所列。
表1 器件訪問地址與引腳2電平的對應(yīng)關(guān)系
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(dāng)光強度超過用戶編程設(shè)置的上或下閾值時，器件會輸出一個中斷信號,。
3 TSL256x的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理
TSL256x是第二代周圍環(huán)境光強度傳感器,，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換器對流過光敏二極管的電流進行積分,，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,，在轉(zhuǎn)換結(jié)束后將轉(zhuǎn)換結(jié)果存入芯片內(nèi)部通道0和通道1各自的寄存器中。當(dāng)一個積分周期完成之后,，積分式A/D轉(zhuǎn)換器將自動開始下一個積分轉(zhuǎn)換過程,。微控制器和TSL2560可通過標準的SMBus(System Management Bus) V1.1或V2.0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(nèi)部的16個寄存器的讀寫來實現(xiàn)的,，其地址如表2所列。
圖2 TSL256x內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
表2 TSL256x內(nèi)部寄存器地址及作用
4 TSL256x應(yīng)用設(shè)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(shè)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TSL2561芯片為例,，說明TSL256x光強傳感器的實際應(yīng)用。
4.1 硬件設(shè)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(nèi)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,。
圖3 微控制器與TSL2561的硬件連接圖
4.2 軟件設(shè)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(nèi)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(guān)資料,，在此不再贅述,。TSL2561的軟件設(shè)計流程如圖4所示。
圖4 軟件設(shè)計流程
限于篇幅,，在此給出對TSL2561讀寫操作的部分程序：
unsigned char TSL2561_write_byte( unsigned char addr, unsigned char c) {
unsigned char status=0;
status=twi_start();//開始
status=twi_writebyte(TSL2561_ADDR|TSL2561_WR);//寫TSL2561地址
status=twi_writebyte(0x80|addr);//寫命令
status=twi_writebyte(c);//寫數(shù)據(jù)
twi_stop( );//停止
delay_ms(10);//延時10 ms
return 0;
}
unsigned char TSL2561_read_byte( unsigned char addr, unsigned char *c) {
unsigned char status=0;
status= twi_start( );//開始
status=twi_writebyte(TSL2561_ADDR|TSL2561_WR);//寫TSL2561地址
status=twi_writebyte(0x80|addr);//寫命令
status=twi_start( );//重新開始
status=twi_writebyte(TSL2561_ADDR|TSL2561_RD);//寫TSL2561地址
status=twi_readbyte(c,TW_NACK);//寫數(shù)據(jù)
twi_stop( );
delay_ms(10);
return 0;
}
當(dāng)積分式A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換完成后,，可以從通道0寄存器和通道1寄存器讀取相應(yīng)的值CH0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(shè)光強為E（單位為Lux）,，則計算公式如下：
?、?0
② 0.50
?、?0.61
?、?0.80
⑤ CH1/CH0>1.30
E=0
對于CHIPSCALE封裝,，計算公式可以查看相應(yīng)的芯片資料,。
5 結(jié)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(nèi)部集成了積分式A/D轉(zhuǎn)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(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用,。