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數模轉換（芯片PCF8591）

一.AD轉換的概念

AD轉換的功能是把模擬量電壓轉換為數字量電壓。DA轉換的功能正好相反，就是將數字量轉換位模擬量。

二.芯片PCF8591介紹

PCF8591是一個單片集成、單獨供電、低功耗、8-bit CMOS數據獲取器件。PCF8591具有4個模擬輸入、1個模擬輸出和1個串行I²C總線接口。PCF8591的3個地址引腳A0, A1和A2可用于硬件地址編程，允許在同個I2C總線上接入8個PCF8591器件，而無需額外的硬件。在PCF8591器件上輸入輸出的地址、控制和數據信號都是通過雙線雙向I²C總線以串行的方式進行傳輸。

PCF8591 是具有I2C 總線接口的8 位A/D 及D/A 轉換器。有4 路A/D 轉換輸入，1 路D/A 模擬輸出。這就是說，它既可以作A/D 轉換也可以作D/A 轉換。A/D 轉換為逐次比較型。電源電壓典型值為5V。

AIN0～AIN3：模擬信號輸入端。

A0～A3：引腳地址端。

VSS：電源負極。

SDA、SCL：I2C 總線的數據線、時鐘線。

OSC：外部時鐘輸入端，內部時鐘輸出端。

EXT：內部、外部時鐘選擇線，使用內部時鐘時EXT 接地。

AGND：模擬信號地。

VREF：基準電源端。

AOUT：D/A 轉換輸出端。

VDD：電源端。(2.5～6V)

模塊原理圖

PCF8591的器件地址：

PCF8591 采用典型的I2C 總線接口器件尋址方法，即總線地址由器件地址、引腳地址和方向位組成。飛利蒲公司規定A/D 器件地址為1001。引腳地址A2A1A0，其值由用戶選擇，因此I2C 系統中最多可接2^3=8 個具有I2C 總線接口的A/D 器件。地址的最后一位為方向位R/w ，當主控器對A/D 器件進行讀操作時為1，進行寫操作時為0。總線操作時，由器件地址、引腳地址和方向位組成的從地址為主控器發送的第一字節。

D7~D4：1001

D3~D1：分別是A2、A1、A0的電平，我們原理圖上面是全部接地，所以為000。

D0：為方向設置，當為1時進行讀操作，當為0時進行寫操作。

PCF8591的控制寄存器

D1、D0:AD通道選擇00通道0,01通道1,10通道2,11通道3

D2:自動增益選擇(有效位為1)

D5、D4:輸入模式選擇：00四路單數輸入;01三路差分輸入;10單端與差分配合輸入;11為模擬輸入有效

D6:模擬輸出使能位。(時能為1)

I2C總線的數據傳送

起始、終止、應答信號時序圖

主機可以采用不帶I2C總線接口的單片機，如80C51、AT89C2051等單片機，利用軟件實現I2C總線的數據傳送，即軟件與硬件結合的信號模擬。為了保證數據傳送的可靠性，標準的I2C總線的數據傳送有嚴格的時序要求。I2C總線的起始信號、終止信號、發送“0”及發送“1”的模擬時序 ：

起始信號程序：

void Start_I2c()

{

sda=1; /*發送起始條件的數據信號*/

_nop_();

scl=1;

_nop_(); /*起始條件建立時間大于4.7us,延時*/

_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();

sda=0; /*發送起始信號*/

_nop_(); /* 起始條件鎖定時間大于4μs*/

_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();

scl=0; /*開啟I2C總線，準備發送或接收數據 */

_nop_(); _nop_();

}

終止信號程序：

void Stop_I2c()

{

sda=0; /*發送結束條件的數據信號*/

_nop_(); /*發送結束條件的時鐘信號*/

scl=1; /*結束條件建立時間大于4μs*/

_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();

sda=1; /*發送I2C總線結束信號*/

_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();

}

應答信號程序：

void Ack_I2c(bit a)

{

if(a==0)sda=0; /*在此發出應答或非應答信號 */

else sda=1;

_nop_(); _nop_(); _nop_();

scl=1;

_nop_(); /*時鐘低電平周期大于4μs*/

_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();

scl=0; /*清時鐘線，開啟I2C總線以便繼續接收*/

_nop_(); _nop_();

}

PCF8591的寫入

第一個字節是器件地址和讀寫控制

第二個字節被存到控制寄存器，用于控制器件功能。

第三個字節被存儲到DAC數據寄存器，并使用片上D/A轉換器轉換成對應的模擬電壓。(所以不輸入D/A時，可以不用輸入。)

PCF8591發送一個字節的程序

bit PCF8591_SendByte(unsigned char addr,unsigned char channel)

{

Start_I2c(); //啟動總線

I2C_SendByte(addr); //發送器件地址

if(ack==0)return(0);

I2C_SendByte(0x40|channel); //發送控制字節

if(ack==0)return(0);

Stop_I2c(); //結束總線

return(1);

}

PCF8591的讀取

讀取的第一個字節是包含上一次轉換結果。將上一個字節讀取時，才開始進行這次轉換的采樣。讀取的第二個字節才是這次的轉換結果。所以讀取轉換結果的步驟是：發送轉換命令，將上次的結果讀走，然后等一會兒，然后讀取結果。

PCF8591讀取一個字節的程序:

unsigned char PCF8591_RcvByte(unsigned char addr)

{ unsigned char dat;

Start_I2c(); //啟動總線

I2C_SendByte(addr+1); //發送器件地址

if(ack==0)return(0);

dat=I2C_RcvByte(); //讀取數據

Ack_I2c(1); //發送非應答信號

Stop_I2c(); //結束總線

return(dat);

}

PCF8591發送一次轉換的程序:

bit Pcf8591_DaConversion(unsigned char addr,unsigned char channel, unsigned char Val)

{

Start_I2c(); //啟動總線

I2C_SendByte(addr); //發送器件地址

if(ack==0)return(0);

I2C_SendByte(0x40|channel); //發送控制字節

if(ack==0)return(0);

I2C_SendByte(Val); //發送DAC的數值

if(ack==0)return(0);

Stop_I2c(); //結束總線

return(1);

}