數模轉換（芯片PCF8591）
時間：2018-08-15 來源：未知
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 系統中多可接2^3=8 個具有I2C 總線接口的A/D 器件。地址的后一位為方向位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);
}
