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单片机中文网 · 更新于 2018-11-28 11:00:43

17.4 PCF8591 应用程序

PCF8591 的通信接口是 I2C,那么编程肯定是要符合这个协议的。单片机对 PCF8591 进行初始化,一共发送三个字节即可。第一个字节,和 EEPROM 类似,是器件地址字节,其中7位代表地址,1位代表读写方向。地址高4位固定是 0b1001,低三位是 A2,A1,A0,这三位我们电路上都接了 GND,因此也就是 0b000,如图17-5所示。

图17-5 PCF8591 地址字节

发送到 PCF8591 的第二个字节将被存储在控制寄存器,用于控制 PCF8591 的功能。其中第3位和第7位是固定的0,另外6位各自有各自的作用,如图17-6所示,我逐一介绍。

图17-6 PCF8591 控制字节

控制字节的第6位是 DA 使能位,这一位置1表示 DA 输出引脚使能,会产生模拟电压输出功能。第4位和第5位可以实现把 PCF8591 的4路模拟输入配置成单端模式和差分模式,单端模式和差分模式的区别,我们在17.5节有介绍,这里大家只需要知道这两位是配置 AD 输入方式的控制位即可,如图17-7所示。

图17-7 PCF8591 模拟输入配置方式

控制字节的第2位是自动增量控制位,自动增量的意思就是,比如我们一共有4个通道,当我们全部使用的时候,读完了通道0,下一次再读,会自动进入通道1进行读取,不需要我们指定下一个通道,由于 A/D 每次读到的数据,都是上一次的转换结果,所以同学们在使用自动增量功能的时候,要特别注意,当前读到的是上一个通道的值。为了保持程序的通用性,我们的代码没有使用这个功能,直接做了一个通用的程序。

控制字节的第0位和第1位就是通道选择位了,00、01、10、11代表了从0到3的一共4个通道选择。

发送给 PCF8591 的第三个字节 D/A 数据寄存器,表示 D/A 模拟输出的电压值。D/A 模拟我们一会介绍,大家知道这个字节的作用即可。我们如果仅仅使用 A/D 功能的话,就可以不发送第三个字节。

下面我们用一个程序,把 AIN0、AIN1、AIN3 测到的电压值显示在液晶上,同时大家可以转动电位器,会发现 AIN0 的值发生变化。 /*Lcd1602.c 文件程序源代码***/ (此处省略,可参考之前章节的代码) /*I2C.c 文件程序源代码***/ (此处省略,可参考之前章节的代码)

/*****************************main.c 文件程序源代码******************************/
#include <reg52.h>
bit flag300ms = 1; //300ms 定时标志
unsigned char T0RH = 0; //T0 重载值的高字节
unsigned char T0RL = 0; //T0 重载值的低字节

void ConfigTimer0(unsigned int ms);
unsigned char GetADCValue(unsigned char chn);
void ValueToString(unsigned char *str, unsigned char val);
extern void I2CStart();
extern void I2CStop();
extern unsigned char I2CReadACK();
extern unsigned char I2CReadNAK();
extern bit I2CWrite(unsigned char dat);
extern void InitLcd1602();
extern void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char *str);

void main(){
    unsigned char val;
    unsigned char str[10];

    EA = 1; //开总中断
    ConfigTimer0(10); //配置 T0 定时 10ms
    InitLcd1602(); //初始化液晶
    LcdShowStr(0, 0, "AIN0 AIN1 AIN3"); //显示通道指示

    while (1){
        if (flag300ms){
            flag300ms = 0; //显示通道 0 的电压
            val = GetADCValue(0); //获取 ADC 通道 0 的转换值
            ValueToString(str, val); //转为字符串格式的电压值
            LcdShowStr(0, 1, str); //显示到液晶上
            //显示通道 1 的电压
            val = GetADCValue(1);
            ValueToString(str, val);
            LcdShowStr(6, 1, str);
            //显示通道 3 的电压
            val = GetADCValue(3);
            ValueToString(str, val);
            LcdShowStr(12, 1, str);
        }
    }
}
/* 读取当前的 ADC 转换值,chn-ADC 通道号 0~3 */
unsigned char GetADCValue(unsigned char chn){
    unsigned char val;
    I2CStart();
    if (!I2CWrite(0x48<<1)){ //寻址 PCF8591,如未应答,则停止操作并返回 0
        I2CStop();
        return 0;
    }
    I2CWrite(0x40|chn); //写入控制字节,选择转换通道
    I2CStart();
    I2CWrite((0x48<<1)|0x01); //寻址 PCF8591,指定后续为读操作
    I2CReadACK(); //先空读一个字节,提供采样转换时间
    val = I2CReadNAK(); //读取刚刚转换完的值
    I2CStop();
    return val;
}
/* ADC 转换值转为实际电压值的字符串形式,str-字符串指针,val-AD 转换值 */
void ValueToString(unsigned char *str, unsigned char val){
    //电压值=转换结果*2.5V/255,式中的 25 隐含了一位十进制小数
    val = (val*25) / 255;
    str[0] = (val/10) + '0'; //整数位字符
    str[1] = '.'; //小数点
    str[2] = (val%10) + '0'; //小数位字符
    str[3] = 'V'; //电压单位
    str[4] = '\0'; //结束符
}
/* 配置并启动 T0,ms-T0 定时时间 */
void ConfigTimer0(unsigned int ms){
    unsigned long tmp; //临时变量
    tmp = 11059200 / 12; //定时器计数频率
    tmp = (tmp * ms) / 1000; //计算所需的计数值
    tmp = 65536 - tmp; //计算定时器重载值
    tmp = tmp + 12; //补偿中断响应延时造成的误差
    T0RH = (unsigned char)(tmp>>8); //定时器重载值拆分为高低字节
    T0RL = (unsigned char)tmp;
    TMOD &= 0xF0; //清零 T0 的控制位
    TMOD |= 0x01; //配置 T0 为模式 1
    TH0 = T0RH; //加载 T0 重载值
    TL0 = T0RL;
    ET0 = 1; //使能 T0 中断
    TR0 = 1; //启动 T0
}
/* T0 中断服务函数,执行 300ms 定时 */
void InterruptTimer0() interrupt 1{
    static unsigned char tmr300ms = 0;
    TH0 = T0RH; //重新加载重载值
    TL0 = T0RL;
    tmr300ms++;
    if (tmr300ms >= 30){ //定时 300ms
        tmr300ms = 0;
        flag300ms = 1;
    }
}

细心阅读程序的同学会发现,程序在进行 A/D 读取数据的时候,共使用了两条程序去读了2个字节:I2CReadACK(); val = I2CReadNAK(); PCF8591 的转换时钟是 I2C 的 SCL,8个 SCL 周期完成一次转换,所以当前的转换结果总是在下一个字节的8个 SCL 上才能读出,因此我们这里第一条语句的作用是产生一个整体的 SCL 时钟提供给 PCF8591 进行 A/D 转换,第二次是读取当前的转换结果。如果我们只使用第二条语句的话,每次读到的都是上一次的转换结果。