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。本文簡要介紹了TSL256x的基本特點、引腳功能、內部結構和工作原理，給出了TSL2561的實用電路、軟件設計流程以及核心程序。

關鍵詞 光強傳感器 TSL256x I2C總線 積分式A/D轉換器

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字轉換芯片。該芯片可廣泛應用于各類顯示屏的監控，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；
　　◇ 數字輸出符合標準的SMBus(TSL2560)和I2C(TSL2561)總線協議；
　　◇ 模擬增益和數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關系如表1所列。

表1 器件訪問地址與引腳2電平的對應關系

　　腳4和腳6： I2C或SMBus總線的時鐘信號線和數據線。
　　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( System Management Bus) V1.1或V2.0實現，TSL2561則可通過I2C總線協議訪問。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的訪問遵循標準的SMBus和I2C協議，這使得該芯片軟硬件設計變得非常簡單。這兩種協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據線直接與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。

圖3 微控制器與TSL2561的硬件連接圖