数模转换（芯片PCF8591）

一.AD转换的概念

AD转换的功能是把模拟量电压转换为数字量电压。DA转换的功能正好相反，就是将数字量转换位模拟量。

二.芯片PCF8591介绍

PCF8591是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bit CMOS数据获取器件。PCF8591具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I²C总线接口。PCF8591的3个地址引脚A0, A1和A2可用于硬件地址编程，允许在同个I2C总线上接入8个PCF8591器件，而无需额外的硬件。在PCF8591器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向I²C总线以串行的方式进行传输。

PCF8591 是具有I2C 总线接口的8 位A/D 及D/A 转换器。有4 路A/D 转换输入，1 路D/A 模拟输出。这就是说，它既可以作A/D 转换也可以作D/A 转换。A/D 转换为逐次比较型。电源电压典型值为5V。

AIN0～AIN3：模拟信号输入端。

A0～A3：引脚地址端。

VSS：电源负极。

SDA、SCL：I2C 总线的数据线、时钟线。

OSC：外部时钟输入端，内部时钟输出端。

EXT：内部、外部时钟选择线，使用内部时钟时EXT 接地。

AGND：模拟信号地。

VREF：基准电源端。

AOUT：D/A 转换输出端。

VDD：电源端。(2.5～6V)

模块原理图

PCF8591的器件地址：

PCF8591 采用典型的I2C 总线接口器件寻址方法，即总线地址由器件地址、引脚地址和方向位组成。飞利蒲公司规定A/D 器件地址为1001。引脚地址A2A1A0，其值由用户选择，因此I2C 系统中最多可接2^3=8 个具有I2C 总线接口的A/D 器件。地址的最后一位为方向位R/w ，当主控器对A/D 器件进行读操作时为1，进行写操作时为0。总线操作时，由器件地址、引脚地址和方向位组成的从地址为主控器发送的第一字节。

D7~D4：1001

D3~D1：分别是A2、A1、A0的电平，我们原理图上面是全部接地，所以为000。

D0：为方向设置，当为1时进行读操作，当为0时进行写操作。

PCF8591的控制寄存器

D1、D0:AD通道选择00通道0,01通道1,10通道2,11通道3

D2:自动增益选择(有效位为1)

D5、D4:输入模式选择：00四路单数输入;01三路差分输入;10单端与差分配合输入;11为模拟输入有效

D6:模拟输出使能位。(时能为1)

I2C总线的数据传送

起始、终止、应答信号时序图

主机可以采用不带I2C总线接口的单片机，如80C51、AT89C2051等单片机，利用软件实现I2C总线的数据传送，即软件与硬件结合的信号模拟。为了保证数据传送的可靠性，标准的I2C总线的数据传送有严格的时序要求。I2C总线的起始信号、终止信号、发送“0”及发送“1”的模拟时序 ：

起始信号程序：

void Start_I2c()

{

sda=1; /*发送起始条件的数据信号*/

_nop_();

scl=1;

_nop_(); /*起始条件建立时间大于4.7us,延时*/

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

sda=0; /*发送起始信号*/

_nop_(); /* 起始条件锁定时间大于4μs*/

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

scl=0; /*开启I2C总线，准备发送或接收数据 */

_nop_(); _nop_();

}

终止信号程序：

void Stop_I2c()

{

sda=0; /*发送结束条件的数据信号*/

_nop_(); /*发送结束条件的时钟信号*/

scl=1; /*结束条件建立时间大于4μs*/

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

sda=1; /*发送I2C总线结束信号*/

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

}

应答信号程序：

void Ack_I2c(bit a)

{

if(a==0)sda=0; /*在此发出应答或非应答信号 */

else sda=1;

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

scl=1;

_nop_(); /*时钟低电平周期大于4μs*/

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

scl=0; /*清时钟线，开启I2C总线以便继续接收*/

_nop_(); _nop_();

}

PCF8591的写入

第一个字节是器件地址和读写控制

第二个字节被存到控制寄存器，用于控制器件功能。

第三个字节被存储到DAC数据寄存器，并使用片上D/A转换器转换成对应的模拟电压。(所以不输入D/A时，可以不用输入。)

PCF8591发送一个字节的程序

bit PCF8591_SendByte(unsigned char addr,unsigned char channel)

{

Start_I2c(); //启动总线

I2C_SendByte(addr); //发送器件地址

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

I2C_SendByte(0x40|channel); //发送控制字节

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

Stop_I2c(); //结束总线

return(1);

}

PCF8591的读取

读取的第一个字节是包含上一次转换结果。将上一个字节读取时，才开始进行这次转换的采样。读取的第二个字节才是这次的转换结果。所以读取转换结果的步骤是：发送转换命令，将上次的结果读走，然后等一会儿，然后读取结果。

PCF8591读取一个字节的程序:

unsigned char PCF8591_RcvByte(unsigned char addr)

{ unsigned char dat;

Start_I2c(); //启动总线

I2C_SendByte(addr+1); //发送器件地址

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

dat=I2C_RcvByte(); //读取数据

Ack_I2c(1); //发送非应答信号

Stop_I2c(); //结束总线

return(dat);

}

PCF8591发送一次转换的程序:

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

{

Start_I2c(); //启动总线

I2C_SendByte(addr); //发送器件地址

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

I2C_SendByte(0x40|channel); //发送控制字节

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

I2C_SendByte(Val); //发送DAC的数值

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

Stop_I2c(); //结束总线

return(1);

}