学51单片机-基于PCF8591的AD采样和DA输出

      首先思考一个问题，我们的世界是数字的还是模拟的？

      当然是模拟的了，所有的量都是在一定范围内连续变化的。我们为了能够更加方便的描述这些量，对它们进行了数字化。而数字量就不一样了，它是分立的的几个值。

      举个例子，我们形容一个人的身高，模拟的说法是一米七到一米七五之间，数字的说法就是一米七三。

接下来说AD转换器，它的出现也是为了让我们能更方便、更直接的描述电压的高低。AD转换器，英文全称为Analog-to-Digital Converter，是模拟量到数字量的一个转换过程，主要用于电压的采集。它的出现就如同有了一把尺子，很容易就能量出电压的高低。

在电子设备中，经常要检测各种模拟量：温度、压力、速度、流量、重力加速度等等，这些模拟量都被相应的传感器转换为电压信号，我们只需要测量电压的高低，就能得到相应参数。

AD的主要参数有哪些？

1、AD的位数：表明这个AD共有2^n个刻度，8位AD，输出的刻度是0~255.

2、分辨率：就是AD能够分辨的最小的模拟量变化，假设5.10V的系统用8位的AD采样，那么它能分辨的最小电压就是5.10/255=0.02V。

3、INL：Interger NONliner 积分非线性度，表示了ADC器件在所有的数值点上对应的模拟值，和真实值之间误差最大的那一点的误差值。也就是，输出数值偏离线性最大的距离。单位是LSB（即最低位所表示的量）。比如12位ADC：TLC2543，INL值为1LSB。那么，如果基准4.095V，测某电压得的转换结果是1000，那么，真实电压值可能分布在0.999~1.001V之间。

4、DNL：Differencial NonLiner-差分非线性度，理论上说，模数器件相邻量个数据之间，模拟量的差值都是一样的。就相一把疏密均匀的尺子。但实际并不如此。一把分辨率1毫米的尺子，相邻两刻度之间也不可能都是1毫米整。那么，ADC相邻两刻度之间最大的差异就叫差分非线性值（Differencial NonLiner）。DNL值如果大于1，那么这个ADC甚至不能保证是单调的，输入电压增大，在某个点数值反而会减小。这种现象在SAR（逐位比较）型ADC中很常见。

5、基准源：有内部基准源、外部基准源等等。

6、转换速率：也就是转换周期的倒数，转换周期就是完成一次AD转换所需的时间。

今天要用到的器件是PCF8591，为什么选它？太多的开发板上用它做演示了，而且还是IIC总线通信的。既学习了AD采样，又学习了IIC总线。

先上应用电路：

      如上图所示，PCF8591的9脚和10脚，一个是数据线SDA，一个是时钟线SCL。分别接到单片机的P2.0 , P2.1上面。

为什么选这两个引脚？因为51单片机上没有IIC总线接口，需要用普通的IO模拟，所以它随便选了两个IO接上就行。

VREF是什么？基准电压，也是它能测量的最大电压。

如何控制？今天先不说IIC总线，只说控制流程。

看器件手册可以知道：

分四步：

1、发送地址字节，选择该器件。

2、发送控制字节，选择相应通道。               //

3、重新发送地址字节，选择该器件。

4、接收目标通道的数据。

这次的程序流程是：AD采样，串口发送，循环执行。

1. /**********************51单片机学习例程************************
   
2. *  平台:Keil U4 + STC89C52
   
3. *  名称：AD采样+串口发送
   
4. *  编写：起航
   
5. *  晶体:11.0592MHZ
   
6. ******************************************************************/
   
7. #include <reg52.h>
   
8. #include <intrins.h>
   
9. 
   
10. typedef unsigned char uint8;
    
11. typedef unsigned int uint16;
    
12. 
    
13. #define SLAVEADDR  0x90                 //定义器件地址
    
14. #define nops()  do{_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();} while(0) //定义空指令
    
15. 
    
16. 
    
17. sbit SCL = P2^1;       //I2C  时钟
    
18. sbit SDA = P2^0;       //I2C  数据
    
19. 
    
20. void delay(uint16 n)
    
21. {
    
22.         while (n--);
    
23. }
    
24. /**
    
25. * 函数: i2c_start()
    
26. * 功能: 启动i2c                  起始信号
    
27. */
    
28. void i2c_start()
    
29. {
    
30.         SCL = 1;
    
31.         nops();
    
32.         SDA = 1;
    
33.         nops();
    
34.         SDA = 0;
    
35.         nops();
    
36.         SCL = 0;
    
37. }
    
38. 
    
39. /**
    
40. * 函数: i2c_stop()
    
41. * 功能: 停止i2c
    
42. */
    
43. void i2c_stop()
    
44. {
    
45.         SCL = 0;
    
46.         nops();
    
47.         SDA = 0;
    
48.         nops();
    
49.         SCL = 1;
    
50.         nops();
    
51.         SDA = 1;
    
52.         nops();
    
53. }
    
54. 
    
55. /**
    
56. * 函数: i2c_ACK(bit ck)
    
57. * 功能: ck为1时发送应答信号ACK,
    
58. *       ck为0时不发送ACK
    
59. */
    
60. void i2c_ACK(bit ck)
    
61. {
    
62.     if (ck)
    
63.                 SDA = 0;
    
64.     else
    
65.                 SDA = 1;
    
66.     nops();
    
67.     SCL = 1;
    
68.     nops();
    
69.     SCL = 0;
    
70.         nops();
    
71.     SDA = 1;
    
72.     nops();
    
73. }
    
74. 
    
75. /**
    
76. * 函数: i2c_waitACK()
    
77. * 功能: 返回为0时收到ACK
    
78. *       返回为1时没收到ACK
    
79. */
    
80. bit i2c_waitACK()
    
81. {
    
82.         SDA = 1;
    
83.         nops();
    
84.         SCL = 1;
    
85.         nops();
    
86.         if (SDA)
    
87.         {   
    
88.                 SCL = 0;
    
89.                 i2c_stop();
    
90.                 return 1;
    
91.         }
    
92.         else
    
93.         {  
    
94.                 SCL = 0;
    
95.                 return 0;
    
96.         }
    
97. }
    
98. 
    
99. /**
    
100. * 函数: i2c_sendbyte(uint8 bt)
     
101. * 功能: 将输入的一字节数据bt发送
     
102. */
     
103. void i2c_sendbyte(uint8 bt)
     
104. {
     
105.     uint8 i;
     
106.    
     
107.     for(i=0; i<8; i++)
     
108.     {  
     
109.         if (bt & 0x80)
     
110.                         SDA = 1;
     
111.         else
     
112.                         SDA = 0;
     
113.         nops();
     
114.         SCL = 1;
     
115.         bt <<= 1;
     
116.         nops();      
     
117.         SCL = 0;
     
118.     }
     
119. }
     
120. 
     
121. /**
     
122. * 函数: i2c_recbyte( )
     
123. * 功能: 从总线上接收1字节数据
     
124. */
     
125. uint8 i2c_recbyte()
     
126. {
     
127.         uint8 dee, i;
     
128.        
     
129.         for (i=0; i<8; i++)
     
130.         {
     
131.                 SCL = 1;   
     
132.                 nops();
     
133.                 dee <<= 1;
     
134.                 if (SDA)
     
135.                         dee = dee | 0x01;
     
136.                 SCL = 0;
     
137.                 nops();
     
138.         }
     
139.        
     
140.         return dee;
     
141. }
     
142. 
     
143. /**
     
144. * 函数: i2c_readbyte
     
145. * 输入: addr
     
146. * 功能: 读出一字节数据
     
147. * 返回值: 0->成功  1->失败
     
148. */
     
149. bit i2c_readbyte(uint8 com, uint8 *dat)
     
150. {       
     
151.         i2c_start();
     
152.         i2c_sendbyte(SLAVEADDR);    //地址
     
153.     if (i2c_waitACK())
     
154.                 return 1;
     
155.         i2c_sendbyte(com);        //控制字节
     
156.     if (i2c_waitACK())
     
157.                 return 1;
     
158.         i2c_start();
     
159.         i2c_sendbyte(SLAVEADDR+1); //地址
     
160.     if (i2c_waitACK())
     
161.                 return 1;
     
162.         *dat = i2c_recbyte();      //读数据
     
163.         i2c_ACK(0);                //因为只读一字节数据，不发送ACK信号
     
164.         i2c_stop();   
     
165.        
     
166.         return 0;
     
167. }
     
168. 
     
169. /**
     
170. * UART初始化
     
171. * 波特率：9600
     
172. */
     
173. void uart_init(void)
     
174. {
     
175.     ET1=0;
     
176.     TMOD = 0x21;        // 定时器1工作在方式2（自动重装）
     
177.     SCON = 0x50;        // 10位uart，允许串行接受
     
178. 
     
179.     TH1 = 0xFD;
     
180.     TL1 = 0xFD;
     
181. 
     
182.     TR1 = 1;
     
183. }
     
184. 
     
185. /**
     
186. * UART 发送一字节
     
187. */
     
188. void UART_Send_Byte(uint8 dat)
     
189. {
     
190.         SBUF = dat;
     
191.         while (TI == 0);
     
192.         TI = 0;
     
193. }
     
194. 
     
195. 
     
196. main()
     
197. {
     
198.         uint8 ans;
     
199. 
     
200.         uart_init();
     
201. 
     
202.         while(1)
     
203.         {
     
204. 
     
205.                 i2c_readbyte(0x43, &ans);
     
206.             
     
207.                 UART_Send_Byte(ans);
     
208.                 delay(50000);
     
209.         }
     
210. }
     

复制代码

本程序下载链接（附带PCF8591中文资料pdf资料）： PCF8591AD采样.rar (459.16 KB, 下载次数: 942)

2015-4-8 22:46 上传

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-------------------------------------------------------------------------------------

下面介绍PCF8591的DA输出：

      忽然发现，已经写到AD/DA这里来了。严格来说，已经不是51单片机的内容了，而是周边应用电路的一些东西。这些东西涉及的知识面比较广，什么都有可能提到。

      关于AD/DA，或者其它设备，我的学习思路是先模仿，再深究。

      因为无论是课本也好，器件手册也好，大部分讲的都是原理或者寄存器，起到的是一个工具书的作用，类似于语文课上用的字典。但是这就出现了一个问题，很多人想通过看课本或者看器件手册的方式来掌握这些设备。

      这个思路有问题吗？没有问题吗？

      还记得我刚才说的话么，它们就类似于语文课上用的字典，但是，有谁是通过看字典学会说话的！！！

      我们都是通过模仿别人学会说话的，遇到不认识的字才去查字典！但是很多人或者很多学校都把这两件事的顺序搞反了。

      记得之前我在英飞凌官网进行芯片选型，网页都翻烂了，找不到合适的。因为英飞凌不是我家开的，我不能保证每次都能顺利的找到我想要的东西。

      但是，我同事参加了一次电子展，在展会上遇到了英飞凌的展台，然后问他们，他们一听我们的需求，马上找出一堆能满足我们要求的芯片。

      这就是思路的问题！

      扯远了，说回到DA控制。

DA转换（Digital to Analog），是将数字量变成模拟量的一个过程。AD与DA刚好是相反的两个过程，AD是把模拟信号变成单片机可识别的数字信号；DA是把单片机可识别的数字信号变成连续变化的模拟量。这两种功能的应用范围都非常广泛！

      主要参数如下，具体什么意思就不讲了，大家可以百度一下。（因为我编不出来了...）

1）分辩率(Resolution)

2） 转换速率(Conversion Rate)

3）量化误差 (Quantizing Error)

4）偏移误差(Offset Error)

5）满刻度误差(Full Scale Error)

6）线性度(Linearity)

其他指标还有：绝对精度(Absolute Accuracy) ，相对精度(Relative Accuracy)，微分非线性，单调性和无错码，总谐波失真（Total Harmonic Distotortion缩写THD）和积分非线性。

看到这么多参数，是不是很晕？

搞了这些年电子，感触最深的有一点是：无论做什么，先求有，再求好！

不要总想一口吃个胖子，没那么多天才。参数是很多，但是没要求你一下子全都记住，甚至你可以只记一两个。先把大致的应用流程跑一遍，跑下来，你才对这个设备有一个整体的概念，然后针对你的要求，比对相应的参数，进行修改、调试。

哪怕是在工作中，也不一定会考虑全部的参数。例如转换时间，我到现在也没认真看PIC内部的AD采样转换时间有多久，因为有些设备对实时性要求很低，速度慢一些也没事。

然后是控制流程，认真看器件手册的，或者看了昨天日志的，都知道是怎样一个流程：

第一步：写器件地址；

第二步：写控制位。

第三步：写入数据。

好了，上程序。通过DA输出渐变电压控制LED，形成呼吸灯的效果。里面有个警告：

*** WARNING L16: UNCALLED SEGMENT, IGNORED FOR OVERLAY PROCESS

      大家可以研究下，如何消除警告。

程序源码如下：

1. /**********************51单片机学习例程************************
   
2. *  平台： Keil U34 + STC89C52RD
   
3. *         名称：IIC协议 PCF8591ADDA转换        ，此程序通过IIC协议对DAAD芯片操作, 并输出模拟量，用LED亮度渐变指示
   
4. *  编写：起航
   
5. *  晶振:11.0592MHZ
   
6. ******************************************************************/
   
7. 
   
8. #include<reg52.h>    //包含头文件，一般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义
   
9. #include <intrins.h> //包含NOP空指令函数_nop_();
   
10. 
    
11. #define AddWr 0x90   //写数据地址
    
12. #define AddRd 0x91   //读数据地址
    
13. 
    
14. sbit RST=P2^4;   //关掉时钟芯片输出
    
15. sbit Sda=P2^0;      //定义总线连接端口
    
16. sbit Scl=P2^1;
    
17. sbit Fm=P2^3;          //FM
    
18. sbit dula=P2^6;
    
19. sbit wela=P2^7;
    
20. // bit ADFlag;          //定义AD采样标志位
    
21. unsigned char code Datatab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//7段数共阴码管段码表
    
22. data unsigned char  Display[8];//定义临时存放数码管数值
    
23. /*------------------------------------------------
    
24.                     延时程序
    
25. ------------------------------------------------*/
    
26. void mDelay(unsigned char j)
    
27. {
    
28.   unsigned int i;
    
29.   for(;j>0;j--)
    
30.      {
    
31.           for(i=0;i<125;i++)
    
32.              {;}
    
33.           }
    
34.   }
    
35. /*------------------------------------------------
    
36.                     初始化定时器1
    
37. ------------------------------------------------*/
    
38. void Init_Timer1(void)
    
39. {
    
40. TMOD |= 0x10;                             
    
41. TH1=0xff;                              /* Init value */
    
42. TL1=0x00;
    
43. //PT1=1;                   /* 优先级    */
    
44. EA=1;                      /* interupt enable */
    
45. ET1=1;                     /* enable timer1 interrupt */
    
46. TR1=1;  
    
47. }
    
48. /*------------------------------------------------
    
49.                     启动IIC总线
    
50. ------------------------------------------------*/
    
51.   void Start(void)
    
52.   {
    
53.    Sda=1;
    
54.    _nop_();
    
55.    Scl=1;
    
56.    _nop_();
    
57.    Sda=0;
    
58.    _nop_();
    
59.    Scl=0;
    
60.   }
    
61. 
    
62. 
    
63. /*------------------------------------------------
    
64.                     停止IIC总线
    
65. ------------------------------------------------*/
    
66.   void Stop(void)
    
67.   {
    
68.    Sda=0;
    
69.    _nop_();
    
70.    Scl=1;
    
71.    _nop_();
    
72.    Sda=1;
    
73.    _nop_();
    
74.    Scl=0;
    
75.    }
    
76. 
    
77. 
    
78. /*------------------------------------------------
    
79.                    应答IIC总线
    
80. ------------------------------------------------*/
    
81.    void Ack(void)
    
82.    {
    
83.     Sda=0;
    
84.         _nop_();
    
85.         Scl=1;
    
86.         _nop_();
    
87.         Scl=0;
    
88.         _nop_();
    
89.         }
    
90. 
    
91. /*------------------------------------------------
    
92.               发送一个字节
    
93. ------------------------------------------------*/
    
94.          void Send(unsigned char Data)
    
95.          {
    
96.           unsigned char BitCounter=8;
    
97.           unsigned char temp;
    
98. 
    
99.           do
    
100.             {
     
101.                  temp=Data;
     
102.                  Scl=0;
     
103.                  _nop_();
     
104.                  if((temp&0x80)==0x80)
     
105.                     Sda=1;
     
106.                  else
     
107.                     Sda=0;
     
108. 
     
109.                         Scl=1;
     
110.                         temp=Data<<1;
     
111.                         Data=temp;
     
112.                         BitCounter--;
     
113.                   }
     
114.           while(BitCounter);
     
115.               Scl=0;
     
116.           }
     
117. 
     
118. /*------------------------------------------------
     
119.                     写入DA数模转换值
     
120. ------------------------------------------------*/
     
121.           void DAC(unsigned char Data)
     
122.           {
     
123.                    Start();
     
124.                    Send(AddWr); //写入芯片地址
     
125.                    Ack();
     
126.                    Send(0x40);  //写入控制位，使能DAC输出
     
127.                    Ack();
     
128.                    Send(Data);  //写数据
     
129.                    Ack();
     
130.                    Stop();
     
131.                  
     
132.            }
     
133. 
     
134. 
     
135.         void fmg(void)//fm关
     
136.         {       
     
137.         Fm=1;        //                关 fm
     
138.         }
     
139.                  void cmg(void)//数码管锁存函数                   关时钟DS1302
     
140.         {
     
141.         dula=1;
     
142.         P0=0x00;
     
143.         dula=0;
     
144.         wela=1;
     
145.         P0=0x00;
     
146.         wela=0;
     
147.         RST=0;                //                关时钟DS1302
     
148.         }
     
149. /*------------------------------------------------
     
150.                    主程序
     
151. ------------------------------------------------*/
     
152.         void main()
     
153.         {
     
154.          unsigned char num;                   //DA数模输出变量
     
155.    Init_Timer1();
     
156.          cmg();//数码管锁存
     
157.          fmg();
     
158.          while(1)
     
159.            {
     
160.        DAC(num);       //DA输出，可以用LED模拟电压变化
     
161.                    num++;          //累加，到256后溢出变为0，往复循环。显示在LED上亮度逐渐变化
     
162.                    mDelay(20);     //延时用于清晰看出变化
     
163.            }
     
164.         }
     
165. 
     

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2015-4-8 22:46 上传

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