蓝桥杯单片机比赛学习：9、PCF8591的基本原理和使用方法

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前面一节我们说了PWM呼吸灯的基本原理和使用方法，下面我们来看第二个模块，也是蓝桥杯单片机比赛中常考的一个模块——PCF8591。我主页有其他模块的使用方法和基本原理(2条消息) Do My Best的博客_CSDN博客-蓝桥杯单片机比赛学习领域博主

基本原理：

PCF8591实际上就是一个具有 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。

PCF8591为8位寄存器，如下图1，高4位是生产厂家规定器件地址为1001（不可编程更改）；低4位为可编程更改，其中A2、A1、A0默认接地（GND）如下图2，所以此寄存器的前7位都是不需要更改的，需要编程更改地址只有最后一位方向位 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。也就是我们通常写的IIC_SendByte(0x90)、IIC_SendByte(0x91);。0x90表示写操作；0x91表示读操作。

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当我们写入设备地址后（确定读和写后），我们需要操作控制寄存器，用于控制器件的功能。此处借用小蜜蜂老师的图（如图3）图中红框中的尤为重要，当我们读取光敏电阻（RD1）和电压采集（RB2）数据时，使用A/D转换也就是第6位为0；当我们使用DAC固定输出电压时，使用D/A转换也就是第6位为1。第4/5位通常使用四路单输入模式（四路输入互不关联）也就是第4/5位为00，四种输入方式如图4所示。第2位一般默认为0。第0/1位为通道选择。

如图5所示，光敏传感器（RD1）连接到：AIN1

电压采集（RB2）连接到：AIN3

读数据（A/D转换）

步骤：

1.写操作

2.确定转换方式（AD）和通道几

3.读操作

4.将读取的数据赋给变量做处理

注：这里我们板子的电压为5V，而我们读取通道数据寄存器是8位寄存器，该寄存器存的最大值为2^8=256，因为电脑是从0开始累加的即最大值并非256而是255，所以5V/255=0.0196V/单位，所以每一个单位所占的电压为0.0196V。这样我们从寄存器里读出的值乘以0.0196得出的结果就是所要测量的电压值。这里我们通常将结果放大10倍100倍或者1000倍（根据题目意思），方便在数码管上显示。

读光敏传感器数据（RD1）

void read_8591_ain1()
{
	
	IIC_Start();
	IIC_SendByte(0x90);/* 写操作，将下述的光敏传感器通道地址写入（通道1） */
	IIC_WaitAck();
	IIC_SendByte(0x01);/* 此过程为A/D转换，所以第六位为0，通道1（AIN1） */
	IIC_WaitAck();
	
	IIC_Start();
	IIC_SendByte(0x91);/* 读取通道1数据 */
	IIC_WaitAck();
	dat1=IIC_RecByte();/* 将数据赋给变量 */
	IIC_SendAck(1);    /* 发送非应答信号 */
	IIC_Stop();
	
	dat1_v=dat1*（5.0/255）;/* 因为寄存器为8位，所以寄存器最大值为255，电压5V/255，就是每一个单位电压为多少 */
	dat1_v_smg=dat1_v*100;    /* 将读出的电压放大100倍，以便数码管显示 */
}

读电压采集数据（RB2）

void read_8591_ain3()
{
	
	IIC_Start();
	IIC_SendByte(0x90);/* 写操作，将下述的电压采集通道地址写入（通道3） */
	IIC_WaitAck();
	IIC_SendByte(0x03);/* 此过程为A/D转换，所以第六位为0，通道3（AIN3） */
	IIC_WaitAck();
	
	IIC_Start();
	IIC_SendByte(0x91);/* 读取通道3数据 */
	IIC_WaitAck();
	dat3=IIC_RecByte();/* 将数据赋给变量 */
	IIC_SendAck(1);    /* 发送非应答信号 */
	IIC_Stop();
	
	dat3_v=dat3*（5.0/255）;/* 因为寄存器为8位，所以寄存器最大值为255，电压5V/255，就是每一个单位电压为多少 */
	dat3_v_smg=dat3_v*100;    /* 将读出的电压放大100倍，以便数码管显示 */
}

写数据（D/A转换）

步骤：

1.写操作

2.确定转换方式（DA），这里不需要考虑通道几的问题，所以我们这里地址写为0x40

3.将数据写入

注：这里恰好和AD转换相反，这里可以这样理解：255/5V=51所以每51个单位代表1V电压。例如：想输出3V的电压就可以写为51*3=153写入即可。

void write_DAC(unsigned char dat)
{
	IIC_Start();
	IIC_SendByte(0x90);/* 写操作 */
	IIC_WaitAck();
	IIC_SendByte(0x40);/* 此过程为D/A转换，第六位为1,其它位都为0，通道这里可写可不写（0100 0000）——0x40 */
	IIC_WaitAck();
	IIC_SendByte(dat);/* 将数据（要输出的电压）写入 */
	IIC_SendAck(1);
	IIC_Stop();
}

当我们写好DAC输出电压程序代码时，我们应该如何验证呢？

如图6，这里我们需要使用到万用表，调到测直流电压档位，正极接D/A引脚，负极接GND，观察万用表示数是否和你想输出的电压相同。（这里会有微小的差异，只要差别不大可以忽略）

代码实现：

这里借鉴小蜜蜂老师的题目：

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代码：

main函数：

#include "iic.h"

sbit s4=P3^3;

unsigned char mode=1,dat3=0;
float dat3_v=0;
unsigned int dat3_v_smg=0;

unsigned char code SMG_NoDot[10]={0xc0,0xf9,
    0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};

unsigned char code SMG_Dot[10]={0x40,0x79,
    0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10};

void Delay1ms()		//@12.000MHz
{
	unsigned char i, j;
 
	i = 12;
	j = 169;
	do
	{
		while (--j);
	} while (--i);
}
 
void delay_ms(int x)
{
	while(x--)
	{
		Delay1ms();
	}
}

void Select_HC573(unsigned char channel,unsigned char dat)
{
	P0=0x00;
	P0=dat;
	switch(channel)
	{
		case 4:
			P2=(P2&0X1F)|0X80;
		break;
		
		case 5:
			P2=(P2&0X1F)|0Xa0;
		break;
		
		case 6:
			P2=(P2&0X1F)|0Xc0;
		break;
		
		case 7:
			P2=(P2&0X1F)|0Xe0;
		break;
		
		case 0:
			P2=(P2&0X1F)|0X00;
		break;
	}
	
	P2=(P2&0X1F)|0X00;
}
	
void SMG_Display_Bit(unsigned char pos,unsigned char value)
{
	Select_HC573(6,0x01<<pos-1);
	Select_HC573(7,value);
	delay_ms(2);
	Select_HC573(6,0x01<<pos-1);
	Select_HC573(7,0xff);
}

void SMG_Display_All(unsigned char value)
{
	Select_HC573(6,0xff);
	Select_HC573(7,value);
}

void SMG_Display(void)
{
	SMG_Display_Bit(1,0xbf);
	SMG_Display_Bit(2,SMG_NoDot[mode]);
	SMG_Display_Bit(3,0xbf);
	
	SMG_Display_Bit(6,SMG_Dot[dat3_v_smg/100]);
	SMG_Display_Bit(7,SMG_NoDot[(dat3_v_smg/10)%10]);
	SMG_Display_Bit(8,SMG_NoDot[dat3_v_smg%10]);
}


void read_8591(unsigned char addr)
{
	
	IIC_Start();
	IIC_SendByte(0x90);
	IIC_WaitAck();
	IIC_SendByte(addr);
	IIC_WaitAck();
	
	IIC_Start();
	IIC_SendByte(0x91);
	IIC_WaitAck();
	dat3=IIC_RecByte();
	IIC_SendAck(1);
	IIC_Stop();
	
	dat3_v=dat3*(5.0/255);
	dat3_v_smg=dat3_v*100;
}

void write_DAC(unsigned char dat)
{
	IIC_Start();
	IIC_SendByte(0x90);
	IIC_WaitAck();
	IIC_SendByte(0x40);
	IIC_WaitAck();
	IIC_SendByte(dat);
	IIC_WaitAck();
	IIC_SendAck(1);
	IIC_Stop();
}


void key_scan(void)
{
	if(s4==0)
	{
		delay_ms(10);
		if(s4==0)
		{
			mode++;
			
			if(mode>3)
				mode=1;
			
			while(s4==0)
			{
				SMG_Display();
			}
		}
	}
}

void System_init(void)
{
	Select_HC573(0,0x00);
	Select_HC573(4,0xff);
	Select_HC573(5,0x00);
	SMG_Display_All(0xff);
}

void main(void)
{
	System_init();
	while(1)
	{
		key_scan();
		SMG_Display();
		if(mode==1)
		{
			write_DAC(102);
			dat3_v_smg=200;
		}
		
		if(mode==2)
		{
			write_DAC(204);
			dat3_v_smg=400;
		}
		
		if(mode==3)
		{
			read_8591(0x03);
			write_DAC(dat3);
		}
	}
}

iic.c文件：

#include "iic.h"

#define DELAY_TIME 5

//I2C总线内部延时函数
void IIC_Delay(unsigned char i)
{
    do{_nop_();}
    while(i--);        
}

//I2C总线启动信号
void IIC_Start(void)
{
    SDA = 1;
    SCL = 1;
    IIC_Delay(DELAY_TIME);
    SDA = 0;
    IIC_Delay(DELAY_TIME);
    SCL = 0;	
}

//I2C总线停止信号
void IIC_Stop(void)
{
    SDA = 0;
    SCL = 1;
    IIC_Delay(DELAY_TIME);
    SDA = 1;
    IIC_Delay(DELAY_TIME);
}

//发送应答或非应答信号
void IIC_SendAck(bit ackbit)
{
    SCL = 0;
    SDA = ackbit;  					
    IIC_Delay(DELAY_TIME);
    SCL = 1;
    IIC_Delay(DELAY_TIME);
    SCL = 0; 
    SDA = 1;
    IIC_Delay(DELAY_TIME);
}

//等待应答
bit IIC_WaitAck(void)
{
    bit ackbit;
	
    SCL  = 1;
    IIC_Delay(DELAY_TIME);
    ackbit = SDA;
    SCL = 0;
    IIC_Delay(DELAY_TIME);
    return ackbit;
}

//I2C总线发送一个字节数据
void IIC_SendByte(unsigned char byt)
{
    unsigned char i;

    for(i=0; i<8; i++)
    {
        SCL  = 0;
        IIC_Delay(DELAY_TIME);
        if(byt & 0x80) SDA  = 1;
        else SDA  = 0;
        IIC_Delay(DELAY_TIME);
        SCL = 1;
        byt <<= 1;
        IIC_Delay(DELAY_TIME);
    }
    SCL  = 0;  
}

//I2C总线接收一个字节数据
unsigned char IIC_RecByte(void)
{
    unsigned char i, da;
    for(i=0; i<8; i++)
    {   
    	SCL = 1;
	IIC_Delay(DELAY_TIME);
	da <<= 1;
	if(SDA) da |= 1;
	SCL = 0;
	IIC_Delay(DELAY_TIME);
    }
    return da;    
}

iic.h文件：

#ifndef __IIC_H
#define __IIC_H

#include "stc15f2k60s2.h"
#include "intrins.h"

sbit SDA = P2^1;
sbit SCL = P2^0;

void IIC_Start(void); 
void IIC_Stop(void);  
bit IIC_WaitAck(void);  
void IIC_SendAck(bit ackbit); 
void IIC_SendByte(unsigned char byt); 
unsigned char IIC_RecByte(void); 

#endif

后续模块更新中。。。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-781261.html

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