【蓝桥杯-单片机学习笔记（十六）】PCF8591原理与A/D、D/A转换

一、PCF8591

 

PCF8591是单片、单电源低功耗8位CMOS数据采集器件，具有4个模拟输入、一个输出和一个串行I2C总线接口。3个地址引脚A0、A1和A2用于编程硬件地址，允许将最多8个器件连接至I2C总线上而不需要额外硬件。器件的地址、控制和数据通过两线双向I2C总线传输。

PCF8591功能包括多路复用模拟输入、片上跟踪和保持功能、8位模数转换和8位数模转换。最大转换速率取决于I2C总线的最高速率。

功能描述

1.设备地址

I2C总线系统中的每一片PCF8591通过发送有效地址到该器件来激活。PCF8591的设备地址包括固定部分和可编程部分。可编程部分必须根据硬件地址引脚A0、A1和A2来设置。在I2C总线协议中，设备地址必须是起始信号后第一个发送字节，地址字节的最后一位是用于设置数据的传输方向即读/写。

在蓝桥杯比赛开发板上，如图所示。硬件地址引脚A0、A1和A2全部接地，那么此处PCF8591设备的读操作地址为：0x91（1001 0001），写地址操作地址为：0x90（1001 0000）。

 2.控制字

发送到PCF8591的第二个字节将被存储在控制寄存器，用于控制器件功能。

 在CT107D单片机上，PCF8591三个硬件引脚地址均接地，两路模拟信号均为单端输入，则有：

光敏传感器接在AIN1即通道1，控制寄存器应该写入0x01；

电位器Rb2接到AIN3即通道3，控制寄存器应该写入0x03。

二、A/D转换

A/D转换：模拟量转变为数字量。

一个A/D转换周期总是开始于发送一个有效读模式地址给PCF8591之后。A/D转换周期在应答时钟脉冲的后沿触发，并在传输前一次转换结果时执行。

PCF8591的A/D转换程序设计流程：

（1）发送写设备地址，选择I2C总线上的PCF8591器件。

（2）发送控制字，选择模拟量输入模式和通道。

（3）发送读设备地址，选择I2C总线上的PCF8591器件。

（4）读取PCF8591中目标通道的数据。

以蓝桥杯单片机开发平台上采样光敏电阻的电压为例，A/D转换代码如下：

void read_AIN1()
{
    IIC_Start();    //IIC总线起始信号
    IIC_SendByte(0x90);     //PCF8591的写设备地址
    IIC_WaitAck();  //等待从机应答
    IIC_SendByte(0x01);     //写入PCF8591的控制字
    IIC_WaitAck();  //等待从机应答
    IIC_Stop();     //IIC总线停止信号
    
    IIC_Start();    //IIC总线起始信号
    IIC_SendByte(0x91);     //PCF8591的读设备地址
    IIC_WaitAck();  //等待从机应答
    dat1 = IIC_RecByte();     //读取PCF8591通道1的数据
    IIC_Stop();     //IIC总线停止信号
    
}

由上述程序得到的dat1是大小范围在0~255的数字量，可以将采集到的这个数字量显示在数码管上。

如果想要将采集到光敏电阻的电压值显示在数码管上，只需要对AD采集到的数字量进行一个转换：输出电压Uo = 采集的数字量 ×（5/255）= 采集的数字量 × 0.0196078。

三、D/A转换

数字量和模拟两者之间有一个对应关系，即模拟量0~5V对应数字量0~255。所以要想采用D/A功能实现固定电压的输出，只需要先计算好要输出电压对应的数字量大小。

如下是D/A转换程序，dat就是要输出电压对应的数字量。在蓝桥杯比赛开发平台上，可以使用万用表测量D/A输出端的电压大小。 

void read_DAC(uint dat)
{
    IIC_Start();
    IIC_SendByte(0x90); //写设备地址
    IIC_WaitAck();
    IIC_SendByte(0x40); //写控制字
    IIC_WaitAck();
    IIC_SendByte(dat);  //dat为要转换的数字量
    IIC_WaitAck();
    IIC_Stop();
}