基于光强传感器TSL256x的感测系统设计--光敏传感器与控制技术

      各引脚的功能如下：

      脚1和脚3： 分别是电源引脚和信号地。其工作电压范围是2.7～3.5V。

      脚2： 器件访问地址选择引脚。由于该引脚电平不同，该器件有3个不同的访问地址。访问地址与电平的对应关系如表1所列。

      脚4和脚6： I2C或SMBus总线的时钟信号线和数据线。

      脚5： 中断信号输出引脚。当光强度超过用户编程设置的上或下阈值时，器件会输出一个中断信号。

      3 TSL256x的内部结构和工作原理

      TSL256x是第二代周围环境光强度传感器，其内部结构如图２所示。通道0和通道1是两个光敏二极管，其中通道0对可见光和红外线都敏感，而通道1仅对红外线敏感。积分式A/D转换器对流过光敏二极管的电流进行积分，并转换为数字量，在转换结束后将转换结果存入芯片内部通道0和通道1各自的寄存器中。当一个积分周期完成之后，积分式A/D转换器将自动开始下一个积分转换过程。微控制器和TSL2560可通过标准的SMBus( System Management Bus) V1.1或V2.0实现，TSL2561则可通过I2C总线协议访问。对TSL256x的控制是通过对其内部的16个寄存器的读写来实现的。

      TSL256x的访问遵循标准的SMBus和I2C协议，这使得该芯片软硬件设计变得非常简单。这两种协议的读写时序虽然很类似，但仍存在不同之处。下面仅以TSL2561芯片为例，说明TSL256x光强传感器的实际应用。

      4.1 硬件设计

      TSL2561可以通过I2C总线访问，所以硬件接口电路非常简单。如果所选用的微控制器带有I2C总线控制器，则将该总线的时钟线和数据线直接与TSL2561的I2C总线的SCL和SDA分别相连；如果微控制器内部没有上拉电阻，则还需要再用2个上拉电阻接到总线上。如果微控制器不带I2C总线控制器，则将TSL2561的I2C总线的SCL和SDA与普通I/O口连接即可；但编程时需要模拟I2C总线的时序来访问TSL2561，INT引脚接微控制器的外部中断。     

 4.2 软件设计

      微控制器可以通过I2C总线协议对TSL2561进行读写。写数据时，先发送器件地址，然后发送要写的数据。TSL2561的写操作过程如下： 先发送一组器件地址；然后写命令码，命令码是指定接下来写寄存器的地址00h～0fh和写寄存器的方式，是以字节、字或块（几个字）为单位进行写操作的；发送要写的数据，根据前面命令码规定写寄存器的方式，可以连续发送要写的数据，内部写寄存器会自动加1。对于I2C协议具体的读写时序，可以参考相关资料，在此不再赘述。

      限于篇幅，在此给出对TSL2561读写操作的部分程序：

      unsigned char TSL2561_write_byte( unsigned char addr, unsigned char c) {
      unsigned char status=0;
      status=twi_start();//开始
      status=twi_writebyte(TSL2561_ADDR|TSL2561_WR);//写TSL2561地址
      status=twi_writebyte(0x80|addr);//写命令
      status=twi_writebyte(c);//写数据
      twi_stop( );//停止
      delay_ms(10);//延时10 ms
      return 0;
      }
      unsigned char TSL2561_read_byte( unsigned char addr, unsigned char *c) {
      unsigned char status=0;
      status= twi_start( );//开始
      status=twi_writebyte(TSL2561_ADDR|TSL2561_WR);//写TSL2561地址
     status=twi_writebyte(0x80|addr);//写命令
      status=twi_start( );//重新开始
      status=twi_writebyte(TSL2561_ADDR|TSL2561_RD);//写TSL2561地址
      status=twi_readbyte(c,TW_NACK);//写数据
      twi_stop( );
      delay_ms(10);
      return 0;
      }

    　当积分式A/D转换器转换完成后，可以从通道0寄存器和通道1寄存器读取相应的值CH0和CH1，但是要以Lux（流明）为单位，还要根据CH0和CH1进行计算。对于TMB封装，假设光强为E（单位为Lux），则计算公式如下：

      ① 0      E=0.030 4×CH0-0.062×CH0×(CH1/CH0)1/4

      ② 0.50      E=0.022 4×CH0-0.031×CH1

      ③ 0.61      E=0.012 8×CH0-0.015 3×CH1

      ④ 0.80      E=0.001 46×CH0-0.001 12×CH1

      ⑤ CH1/CH0>1.30
      E=0

    　对于CHIPSCALE封装，计算公式可以查看相应的芯片资料。

      5 结论