基于PCF8591的A/D轉(zhuǎn)換研究

向兵 呂佳璐

摘 要：隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，A/D轉(zhuǎn)換作為單片機(jī)在進(jìn)行信號(hào)處理過程中模擬量和數(shù)字量轉(zhuǎn)化的重要渠道，在當(dāng)今的智能化工業(yè)控制領(lǐng)域中，被廣泛應(yīng)用于各種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制系統(tǒng)，對(duì)單片機(jī)在信號(hào)采集、傳輸?shù)阮I(lǐng)域有著重要的意義。而PCF8591是一種具有IIC總線接口的8位A/D、D/A轉(zhuǎn)換芯片，在與CPU的信息傳輸過程中僅靠時(shí)鐘線SCL和數(shù)據(jù)線SDA就可以實(shí)現(xiàn)信息交換。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；PCF8591；A/D轉(zhuǎn)換；IIC總線

一、A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

在自動(dòng)化檢測(cè)控制系統(tǒng)中，微型計(jì)算機(jī)是一個(gè)典型的數(shù)字系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和輸出，A/D轉(zhuǎn)換是必不可少的一個(gè)過程。A/D轉(zhuǎn)換器是一種廣泛應(yīng)用的器件，A/D轉(zhuǎn)換器是將摸擬量轉(zhuǎn)換為一定進(jìn)制的數(shù)字量。A/D轉(zhuǎn)換器大多是將電壓量轉(zhuǎn)換為正比的二進(jìn)制數(shù)字量，乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)后可獲得電壓的數(shù)值量，也有先將電壓量轉(zhuǎn)換為時(shí)間或頻率，然后再經(jīng)計(jì)數(shù)得到電壓的數(shù)值量。目前，A/D轉(zhuǎn)換器已經(jīng)在轉(zhuǎn)換速度和轉(zhuǎn)換精度等主要指標(biāo)上有了重大突破，而低電壓、高精度、高集成度、高效率則是A/D轉(zhuǎn)換器繼續(xù)發(fā)展的主要趨勢(shì)。

二、PCF8591芯片簡介

PCF8591 是單電源，低功耗8 位CMOS 數(shù)據(jù)采集器件，具有4路模擬輸入、一個(gè)輸出和一個(gè)串行IIC 總線接口與CPU進(jìn)行通信。它的3 個(gè)地址引腳A0、A1 和A2 用于編程硬件地址，允許將最多8 個(gè)器件連接至IIC總線而不需要額外硬件，相比其他A/D轉(zhuǎn)換芯片，集成度更高，使用方法更加簡便。

三、IIC協(xié)議簡介

IIC 即Inter-Integrated Circuit（集成電路總線），這種總線類型是由飛利浦半導(dǎo)體公司在八十年代初設(shè)計(jì)出來的，主要是用來連接整體電路（ICS） ，IIC是一種多向控制總線，也就是說多個(gè)芯片可以連接到同一總線結(jié)構(gòu)下，同時(shí)每個(gè)芯片都可以作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂圃?。這種方式簡化了信號(hào)傳輸總線接口。

IIC實(shí)際上就是隨需求的增長應(yīng)運(yùn)而生的一種多機(jī)（以下分主機(jī)、從機(jī)）串行數(shù)據(jù)傳輸方式，而常說的IIC協(xié)議就是指的IIC的使用規(guī)則，必須遵守，以保證數(shù)據(jù)的正確傳輸。

應(yīng)用IIC協(xié)議的器件一定有時(shí)鐘總線SCL和數(shù)據(jù)總線SDA，協(xié)議的主要規(guī)定有以下幾點(diǎn)：

1.SCL在高電平期間，SDA不準(zhǔn)變化；SCL在低電平期間，SDA可以變化（數(shù)據(jù)傳輸）；

2.主機(jī)的起始與停止信號(hào)控制二者數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓?jié)奏；

3.主機(jī)發(fā)出讀寫數(shù)據(jù)命令后，如果從機(jī)不應(yīng)答，一個(gè)stop信號(hào)就停止數(shù)據(jù)傳輸。

四、程序初始化步驟

要驅(qū)動(dòng)PCF8591芯片必須要有驅(qū)動(dòng)的程序，驅(qū)動(dòng)PCF8591主要有以下步驟：

1、總線的啟動(dòng)條件

2、總線停止條件

3、應(yīng)答位的控制

4、等待應(yīng)答

5、通過總線發(fā)送數(shù)據(jù)

6、從總線上接收數(shù)據(jù)

7、寫數(shù)據(jù)

8、讀數(shù)據(jù)

五、程序代碼

ADC的寫法基本與IIC一致，PCF8951和AT24C02的協(xié)議是一樣，需要注意的重點(diǎn)是讀寫命令的，主要的程序如下：

1.發(fā)送測(cè)量ADC命令

例：void init_pcf8591（void）

{

i2c_start（）；//初始化

i2c_sendbyte（0x90）；//寫命令

i2c_waitack（）；//等待應(yīng)答

i2c_sendbyte（0x03）；//ADC通道 0x03電位器 0x01光敏電阻

i2c_waitack（）；//等待應(yīng)答

i2c_stop（）；//停止

operate_delay（10）；//延時(shí)10us

}

2.接收PCF8591轉(zhuǎn)換過的采樣電壓值

unsigned char adc_pcf8591（void）

{

unsigned char temp；

i2c_start（）；//初始化

i2c_sendbyte（0x91）；//讀命令

i2c_waitack（）；//等待應(yīng)答

temp = i2c_receivebyte（）；//將讀取的值給temp

iic_ack（0）；

i2c_stop（）；

return temp；

}

3.轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)：（注：轉(zhuǎn)換后的電壓單位為mv）

cnt=adc_pcf8591（）；

dspbuf[4]=cnt*196/10000；

dspbuf[5]=cnt*196%10000/1000；

dspbuf[6]=cnt*196%10000%1000/100；

dspbuf[7]=cnt*196%10000%1000%100/10；

（以上為存儲(chǔ)器映射寫法的數(shù)碼管顯示，dspbuf代表的是數(shù)碼管段選緩沖數(shù)組）

六、小結(jié)

傳統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器需要占用較多的I/O口，而且轉(zhuǎn)換時(shí)間長，讀寫操作復(fù)雜，并且不易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展。從以上程序可以看出，PCF8591這種具有IIC總線結(jié)構(gòu)的多通道8bits的A/D轉(zhuǎn)換器，相比于傳統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器，結(jié)構(gòu)較為簡單，節(jié)約I/O資源（只需要兩個(gè)I/O口，即：時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線），擴(kuò)展性強(qiáng)，可靠性高，能進(jìn)行更多更強(qiáng)的處理。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：

向兵（1990-），男，漢，四川南充人，助教，碩士研究生，從事單片機(jī)原理與應(yīng)用、電子產(chǎn)品分析與制作等課程研究及項(xiàng)目開發(fā)。

呂佳璐（1999-），女，漢，四川成都人，綿陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系2017級(jí)，電子信息工程技術(shù)專業(yè)專科在讀，擅長單片機(jī)開發(fā)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與研究。

*課題項(xiàng)目：綿陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，校級(jí)精品在線開放課程-《電子產(chǎn)品分析與制作》