中心議題：

• 感測係統設計方案
• TSL256x的內部結構和工作原理

解決方案：

• 采用光強傳感器TSL256x
• 軟件的設計
• 硬件的設計

• 采用數字信號輸出方式

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。

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(ke)編(bian)程(cheng)靈(ling)活(huo)配(pei)置(zhi)的(de)光(guang)強(qiang)度(du)數(shu)字(zi)轉(zhuan)換(huan)芯(xin)片(pian)。該(gai)芯(xin)片(pian)可(ke)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)於(yu)各(ge)類(lei)顯(xian)示(shi)屏(ping)的(de)監(jian)控(kong)，目(mu)的(de)是(shi)在(zai)多(duo)變(bian)的(de)光(guang)照(zhao)條(tiao)件(jian)下(xia)，使(shi)得(de)顯(xian)示(shi)屏(ping)提(ti)供(gong)最(zui)佳(jia)的(de)顯(xian)示(shi)亮(liang)度(du)並(bing)盡(jin)可(ke)能(neng)降(jiang)低(di)電(dian)源(yuan)功(gong)耗(hao)
；還可以用於街道光照控製、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製；
◇ 1.25 mm×1.75 mm超小封裝
，在低功耗模式下，功耗僅為0.75 mW；
◇ 自動抑製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。

各引腳的功能如下：

腳1和腳3： 分別是電源引腳和信號地。其工作電壓範圍是2.7～3.5V。
腳2： 器件訪問地址選擇引腳。由於該引腳電平不同
，該器件有3個不同的訪問地址。訪問地址與電平的對應關係如表1所列。
腳4和腳6： I2C或SMBus總線的時鍾信號線和數據線。
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。
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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，並轉換為數字量
，在轉換結束後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後，積分式A/D轉換器將自動開始下一個積分轉換過程。微控製器和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的控製是通過對其內部的16個寄存器的讀寫來實現的，其地址如表2所列。

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。下麵僅以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。如果所選用的微控製器帶有I2C總線控製器，則將該總線的時鍾線和數據線直接與TSL2561的I2C總線的SCL和SDA分別相連；如果微控製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。如果微控製器不帶I2C總線控製器，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引腳接微控製器的外部中斷。硬件連接如圖3所示。

4.2 軟件設計

微控製器可以通過I2C總線協議對TSL2561進行讀寫。寫數據時，先發送器件地址，然後發送要寫的數據。TSL2561的寫操作過程如下：先發送一組器件地址
；然後寫命令碼，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、字或塊（幾個字）為單位進行寫操作的；最後發送要寫的數據，根據前麵命令碼規定寫寄存器的方式，可以連續發送要寫的數據，內部寫寄存器會自動加1。對於I2C協議具體的讀寫時序，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。

限於篇幅，在此給出對TSL2561讀寫操作的部分程序：
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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);//寫數據
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);//寫數據
twi_stop( );
delay_ms(10);
return 0;
}

當積分式A/D轉換器轉換完成後，可以從通道0寄存器和通道1寄存器讀取相應的值CH0和CH1，但是要以Lux（流明）為單位，還要根據CH0和CH1進行計算。對於TMB封裝，假設光強為E（單位為Lux），則計算公式如下：

① 0<CH1/CH0≤0.50
E=0.030 4×CH0-0.062×CH0×(CH1/CH0)1/4
② 0.50<CH1/CH0≤0.61
E=0.022 4×CH0-0.031×CH1
③ 0.61<CH1/CH0≤0.80
E=0.012 8×CH0-0.015 3×CH1
④ 0.80<CH1/CH0≤1.30
E=0.001 46×CH0-0.001 12×CH1
⑤ CH1/CH0>1.30
E=0

對於CHIPSCALE封裝，計算公式可以查看相應的芯片資料。

5 結論

采用TSL256x實現光強度實時監測的係統，具有精度高、成本低
、體積小等優點。芯片內部集成了積分式A/D轉換器，采用數字信號輸出

，因此抗幹擾能力比同類芯片強。該芯片在光強監測控製領域已得到廣泛應用。