蓝桥杯单片机之PCF8591模块的使用

简述

PCF8591是一款单芯片、单电源、低功耗、8位CMOS数
据采集器件，具有四路模拟输入、一路模拟输出和一个
串行I2C总线接口。
通过I2C总线的串行输入/输出

原理图：

引脚定义：

SYMBOL	PIN	DESCRIPTION	译文
AIN0	1	analog inputs (A/D converter)	模拟输入
AIN1	2
AIN2	3
AIN3	4
A0	5	hardware address	硬件地址
A1	6
A2	7
VSS	8	negative supply voltage	负电压
SDA	9	I2C-bus data input/output	IIC数据线
SCL	10	I2C-bus clock input	IIC时间线
OSC	11	oscillator input/output	振荡器输入输出
EXT	12	external/internal switch for oscillator input	振荡器输入的外部/内部开关
AGND	13	analog ground	模拟接地
VREF	14	voltage reference input	基准电压(已经接了VCC)
AOUT	15	analog output (D/A converter)	模拟输出
VDD	16	positive supply voltage	正电压

相关地址

IIC寻址设备地址

前四位固定为1001，根据原理图可以知道A2、A1、A0都是接地低电平0；所以PCF8591的写地址为 0X90，读地址为 0X91 ;

控制地址

bit0-bit1:通道选择，00为AIN0通道，01为AIN1通道，10为AIN2通道，11为AIN3通道。根据蓝桥杯单片机开发板，其中AIN0接在J3排针的外部A/D输入通道，AIN1接在光敏电阻，AIN3接在RB2电位器（可调电阻）。
bit3：自动增量使能位（1有效）： 如果自动增量（auto-increment）标志置1，每次A/D 转换后通道号将自动增加。
bit5-bit6：输入模式选择位：00为单端输入，01为三个差分输入，10为单端和差分混合输入，11为两个差分输入；一般设置为为单端输入00
bit7：运行模拟电压输出位，进行DA转换时需要置1；

IIC时序分析

写操作：

起始（START）——>设备地址（Device Address）<写操作的地址>——>PCF8591的应答信号（ACK）——>写入控制字（Control Byte）——>PCF8591的应答信号（ACK）——>写入数据字(DATA)——>PCF8591应答信号（ACK）

读操作：

单字节读取 ：起始（START）——>设备地址（Device Address）<读操作的地址>——>PCF8591的应答信号（ACK）——>读取数据（Data Byte）——>主机的的应答信号（ACK）——>停止

数模转换D/A

将总线上接收到的数字量转换成模拟量在AOUT输出，主要利用IIC的写操作来实现数据写入，进而输出对应的模拟电压。
计算公式:
$$V_{OUT}=255\times \frac{DATA}{V_{REF}}$$

模数转换公式

将AINx端口输入的模拟电压转换成数字量并发送到总线，主要利用IIC的读操作来实现数据读取，进而显示对应的模拟电压。
数模转换公式：

代码：

一：光敏电阻和可变电阻的AD转换，S4控制模式的切换

#include "reg52.h"
#include "iic.h"

sbit S4 = P3^3;
unsigned char Rd1 = 0; //光敏电阻AIN1
unsigned char Rd2 = 0;	//可调电阻AIN3
unsigned char status = 0; //按键状态记录

unsigned char SMG_NoDot[19] = {0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x80,0xc6,0xc0,0x86,0x8e,0xbf,0x7f,0xff}; //0-9、A-F、'-'、'.'														   0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E,0xbf};


//---------------------------------简单延时函数-------------------------
void Delay(unsigned int t)
{
 	while(t--);
}

void Delay500us()		//@12.000MHz
{
	unsigned char i, j;

	i = 6;
	j = 211;
	do
	{
		while (--j);
	} while (--i);
}
void Digital_Tube(unsigned char Position,unsigned char Typeface)    //Position是数码管第几位(从左到右，0开始），Typeface是显示的字样
{   
  unsigned char Bit[8]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};       
	P2 = P2 & 0x1f | 0xc0;
	P0=Bit[Position];
	P2 = P2 & 0x1f | 0xe0;
	P0=Typeface;
	Delay500us();
	P0=0XFF;
	P2 = P2 & 0x1f ;	//数码管消影
}
//---------------------------------数码管AD显示----------------------
void Display_PCF8591(unsigned char channel,unsigned char dat)
{
	Digital_Tube(0,SMG_NoDot[16]);
	Digital_Tube(1,SMG_NoDot[channel]);
	Digital_Tube(2,SMG_NoDot[16]);
	Digital_Tube(3,0xff);
	Digital_Tube(4,0xff);
	Digital_Tube(5,SMG_NoDot[dat/100]);
	Digital_Tube(6,SMG_NoDot[dat/10%10]);
	Digital_Tube(7,SMG_NoDot[dat%10]);
}

//----------------------------读取光敏AD-----------------------------------

//PCF8591的设备的读操作地址为：0x91；而写操作地址则为：0x90
//光敏传感器接到AIN1，通道1；控制寄存器应写入：0x01。
//电位器Rb2接到AIN3，通道3；控制寄存器应写入：0x03。
void Read_Rd1_Data(void)
{
		 IIC_Start();					//IIC总线起始信号
		 IIC_SendByte(0x90);	//发送PCF8591设备地址 写操作
		 IIC_WaitAck();			  //等待回应
		 IIC_SendByte(0x01);  //发送AIN模拟通道号	 AIN3
		 IIC_WaitAck();				//等待回应
		 IIC_Stop();					//IIC总线停止信号

		 Display_PCF8591(1,Rd1);

		 IIC_Start();						//起始信号
		 IIC_SendByte(0x91);	  //发送PCF8591设备地址 读操作
		 IIC_WaitAck();					//等待回应
		 Rd1 = IIC_RecByte();		//读取数据
		IIC_SendAck(1);				//发送非应答信号
		 IIC_Stop();						//IIC总线停信号

		 Display_PCF8591(1,Rd1);
}

//-----------------------------读取滑动电阻AD-----------------------------
void Read_Rd2_Data(void)
{
		IIC_Start();	        //IIC总线起始信号
		IIC_SendByte(0x90);	  //发送PCF8591设备地址 写操作
		IIC_WaitAck();			  //等待回应
		IIC_SendByte(0x03);	  //发送AIN模拟通道号	 AIN3
		IIC_WaitAck();				 //等待回应
		IIC_Stop();						 //IIC总线停止信号

		Display_PCF8591(3,Rd2);

	  IIC_Start();//起始信号
		IIC_SendByte(0x91);	  //发送PCF8591设备地址 读操作
		IIC_WaitAck();			  //等待回应
		Rd2 = IIC_RecByte();  //读取数据
		IIC_SendAck(1);				//发送非应答信号
		IIC_Stop();	  				//IIC总线停信号

		Display_PCF8591(3,Rd2);
}

//----------------------------------按键切换控制----------------------------
void Key_Tackle(void)
{
	 if(S4 == 0)
	 {
			Delay(20);
			if(S4 == 0)
			{
			 	if(status == 0)
				{
				 	status = 1;
					while(S4 == 0)
					{
						 Display_PCF8591(1,Rd1);
					}	
				}

				else if(status == 1)
				{
				 	status = 0;
					while(S4 == 0)
					{
						 Display_PCF8591(3,Rd2);
					}
				 	
				}
			}	
	 }
}

void main(void)
{
	Read_Rd1_Data(); //上电默认进行光敏数据采集
	while(1)
	{
		Key_Tackle();
		if(status == 0)
		{
		 	 Read_Rd1_Data();
		}
		else
		{
		 	 Read_Rd2_Data();
		}
	}
}

二：输出定量的模拟电压

在开发板右侧排针D/A引脚输出模拟电压，输出的电压跟芯片的基准电压相关，可能会比实际小一点，需要自己微调。

#include "reg52.h"
#include "iic.h"

void Analog_Out(unsigned char DATA)
{
	 IIC_Start();					//IIC总线起始信号
	 IIC_SendByte(0x90);	//发送PCF8591设备地址 写操作
	 IIC_WaitAck();			  //等待回应
	 IIC_SendByte(0X40);  //发送AIN模拟通道号	 AIN0输出模式
	 IIC_WaitAck();				//等待回应
		IIC_SendByte(DATA);  //发送模拟电压对应的数据
		IIC_WaitAck();				//等待回应
	 IIC_Stop();					//IIC总线停止信号
}


void main(void)
{

	while(1)
	{
		 	 Analog_Out(256*3/5-1);
	}
}