标题: 学51单片机-基于PCF8591的AD采样和DA输出 [打印本页]
作者: jiajiamei    时间: 2015-4-8 22:48
标题: 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。
下面是AD采样源代码：
  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>

  10. typedef unsigned char uint8;
  11. typedef unsigned int uint16;

  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


  17. sbit SCL = P2^1;       //I2C  时钟
  18. sbit SDA = P2^0;       //I2C  数据

  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. }

  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. }

  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. }

  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. }

  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. }

  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. }

  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. }

  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

  179.     TH1 = 0xFD;
  180.     TL1 = 0xFD;

  182.     TR1 = 1;
  183. }

  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. }


  196. main()
  197. {
  198.         uint8 ans;

  200.         uart_init();

  202.         while(1)
  203.         {

  205.                 i2c_readbyte(0x43, &ans);
  206.             
  207.                 UART_Send_Byte(ans);
  208.                 delay(50000);
  209.         }
  210. }
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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: 948)
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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. ******************************************************************/

  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_();

  11. #define AddWr 0x90   //写数据地址
  12. #define AddRd 0x91   //读数据地址

  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.   }


  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.    }


  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.         }

  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;

  99.           do
  100.             {
  101.                  temp=Data;
  102.                  Scl=0;
  103.                  _nop_();
  104.                  if((temp&0x80)==0x80)
  105.                     Sda=1;
  106.                  else
  107.                     Sda=0;

  109.                         Scl=1;
  110.                         temp=Data<<1;
  111.                         Data=temp;
  112.                         BitCounter--;
  113.                   }
  114.           while(BitCounter);
  115.               Scl=0;
  116.           }

  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.            }


  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.         }

复制代码
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作者: 槑呆呆    时间: 2015-5-28 18:23
请问楼主，PCF8591适合做心电信号的AD采样吗？求指导啊
作者: hahaha123    时间: 2015-6-27 19:37
看了一下，刚学哎
作者: leafye    时间: 2015-7-21 16:47
正在学习AD/DA！谢谢
作者: 764200352    时间: 2015-7-26 11:15
不错，正在学ad/da
作者: 喜欢句号    时间: 2015-8-8 11:18
很好很强大
作者: mr.coco    时间: 2015-8-12 17:43
//unsigned char code Datatab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
//data unsigned char  Display[8];
警告应该是因为这两句是多余的
作者: wzc1339    时间: 2015-10-6 16:04
楼主，我是小白。收获好多，谢谢
作者: badpeter    时间: 2015-11-19 11:13
很好的东西~谢谢楼主
作者: badpeter    时间: 2015-11-19 11:14
很好的东西，谢谢楼主
作者: 火云邪神    时间: 2015-11-27 11:35
    请问“发送一个字节”这一段程序是干啥用的，为啥要用着个程序呢，谢谢我是小白
作者: zdluffy    时间: 2015-11-28 15:52
很好的东西~谢谢楼主
作者: 驹哥来记得喊我i    时间: 2015-12-1 19:31
刚开始学数模转换，谢谢楼主啦。
作者: mcs51hello    时间: 2015-12-3 10:47
深度好贴，谢谢楼主了。
作者: 你的温柔给了谁    时间: 2015-12-21 10:50
很好的文章，刚好要用……
作者: kanganhui    时间: 2016-1-11 10:51
楼主东西很好，对我帮助很大
作者: li3781695    时间: 2016-1-18 23:35
学习了，学习了，感谢楼主
作者: tongwuting    时间: 2016-2-23 11:13

楼主，这两个圈里的器件指的应该是同一个器件吧？那为什么第152行代码中器件地址是SLAVEADDR，而第159行代码中器件地址是SLAVEADDR+1？为什么要加1呢？
作者: tongwuting    时间: 2016-2-24 08:39
我突然明白了，152行的SLAVEADDR是要写，159行的SLAVEADDR+1是要读，所以要加1
作者: yyzzm    时间: 2016-5-10 16:27
学习了，谢谢！
作者: 模霸世界    时间: 2016-5-13 11:56
DA输出之前没怎么了解  今天恶补  谢谢
作者: aether17    时间: 2016-5-21 09:52
谢谢分享！！
作者: bismarck    时间: 2016-5-26 14:33
很好，十分有用。感谢分享。
作者: sunny360day    时间: 2016-5-30 10:45
请问，你们有遇到DA输出的时候电压不够的情况吗？测到VCC有5.19V，但是输出最大只能到4.42V，
作者: 逆风天使    时间: 2016-6-15 18:09
请问转换周期怎么计算，或者说具体采样频率怎么计算
作者: zhangdoudou    时间: 2016-6-21 15:41
PCF8591和PCF8591T有什么区别吗？是不是管脚不同？
作者: yd665c    时间: 2016-10-3 11:57
楼主威武  楼主万岁万岁万万岁
作者: 梁伟波    时间: 2016-11-5 23:58
终于在这找到了,正需要
作者: 米99不好    时间: 2016-11-9 20:30
涨姿势
作者: 米99不好    时间: 2016-11-9 20:31
加油啊
作者: 这么近、那么远    时间: 2016-11-17 17:25
貌似很不错
作者: select326    时间: 2016-12-17 21:40
感谢分享
作者: 缘分注定生死    时间: 2017-3-27 15:50
没有黑币啊，好苦恼。。。。。。。
作者: ttttyx2    时间: 2017-4-19 22:15
w2 w3是什么东西？？
作者: qxw199586    时间: 2017-4-22 13:26
很给力！！
作者: zhao416129    时间: 2017-5-7 09:52
谢谢楼主，毕设正好需要这个器件
作者: zhao416129    时间: 2017-5-12 10:59
谢谢楼主，！！！
作者: 小51hei56565    时间: 2017-8-22 11:06
请问，我没加上拉电阻，数值一直在跳，等我加上上拉电阻，求平均值后  数据会稳定下来吗
作者: haveme    时间: 2018-2-7 09:45
厉害啊，好东西
作者: emily929627260    时间: 2018-4-23 10:00
还没看见 不知道是不是深度好文，现在正在登陆
作者: 284213945    时间: 2018-5-10 20:51

学习了，学习了，感谢楼主
作者: 111199    时间: 2018-6-4 23:16
学习中666
作者: ~Roll~、    时间: 2018-7-9 17:01
学到了很多，谢谢楼主
作者: 青宁    时间: 2018-8-30 19:14
谢楼主分享，论坛有你更精彩
作者: liven丶    时间: 2018-11-20 20:44
虽然帖子很好，不过少了电路图没法对应学，共享的资料也有程序而已
作者: 时光倒影    时间: 2018-12-12 19:43
谢谢分享
作者: zhouwei0815    时间: 2018-12-13 11:47
很好的资料  正好在研究逐日系统 可以用到这个
作者: liu631208    时间: 2019-1-18 19:41
很好很强,初入门有点看不懂
作者: 277563114    时间: 2019-2-20 14:55
请问楼主ad程序里面的ans定义了之后值是怎么取的呢
我好像没有看到有哪里给ans赋了值
作者: 13306446378    时间: 2019-4-8 20:39
帮助很大
作者: rebios    时间: 2019-8-23 17:45
T1定时器打开了，在程序中是做什么用的
作者: 003    时间: 2020-6-7 14:30
楼主，你好，ad差分输入的转换结果跟单端输入的转换结果是一样的吗
作者: vscos    时间: 2022-1-11 19:17
tongwuting 发表于 2016-2-23 11:13
**** 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽 ****

那是这个IIC地址的0位是代表读写的位，0时是只读，1时可以写入
作者: Listentoyou    时间: 2022-3-1 10:24
楼主，FPC8591的DA转换就往里写0-255数据就可以了吗，因为我看另外一个ISP协议的xpt2046居然是用单片机时钟芯片产生pwm来DA的，有点复杂，pcf8591好多都是和你这个类似的，我把矩阵按键输入的电压值（0-5.0v）转换成0-255，好像Proteus 8 Professional仿真出来有点问题
部分代码：
                        DA_8=DA_buf[1]*51+DA_buf[3]*5;        //转换输出的电压，                                                                                       
                        PCF8591_DAC(0x43,DA_8);                        //DA转换       
作者: hefqeury    时间: 2023-12-1 16:37
pcf8591在Altium中怎么找，在哪个库



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