學(xué)51單片機(jī)-基于PCF8591的AD采樣和DA輸出

      首先思考一個(gè)問(wèn)題，我們的世界是數(shù)字的還是模擬的？

      當(dāng)然是模擬的了，所有的量都是在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的。我們?yōu)榱四軌蚋臃奖愕拿枋鲞@些量，對(duì)它們進(jìn)行了數(shù)字化。而數(shù)字量就不一樣了，它是分立的的幾個(gè)值。

      舉個(gè)例子，我們形容一個(gè)人的身高，模擬的說(shuō)法是一米七到一米七五之間，數(shù)字的說(shuō)法就是一米七三。

接下來(lái)說(shuō)AD轉(zhuǎn)換器，它的出現(xiàn)也是為了讓我們能更方便、更直接的描述電壓的高低。AD轉(zhuǎn)換器，英文全稱為Analog-to-Digital Converter，是模擬量到數(shù)字量的一個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程，主要用于電壓的采集。它的出現(xiàn)就如同有了一把尺子，很容易就能量出電壓的高低。

在電子設(shè)備中，經(jīng)常要檢測(cè)各種模擬量：溫度、壓力、速度、流量、重力加速度等等，這些模擬量都被相應(yīng)的傳感器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，我們只需要測(cè)量電壓的高低，就能得到相應(yīng)參數(shù)。

AD的主要參數(shù)有哪些？

1、AD的位數(shù)：表明這個(gè)AD共有2^n個(gè)刻度，8位AD，輸出的刻度是0~255.

2、分辨率：就是AD能夠分辨的最小的模擬量變化，假設(shè)5.10V的系統(tǒng)用8位的AD采樣，那么它能分辨的最小電壓就是5.10/255=0.02V。

3、INL：Interger NONliner 積分非線性度，表示了ADC器件在所有的數(shù)值點(diǎn)上對(duì)應(yīng)的模擬值，和真實(shí)值之間誤差最大的那一點(diǎn)的誤差值。也就是，輸出數(shù)值偏離線性最大的距離。單位是LSB（即最低位所表示的量）。比如12位ADC：TLC2543，INL值為1LSB。那么，如果基準(zhǔn)4.095V，測(cè)某電壓得的轉(zhuǎn)換結(jié)果是1000，那么，真實(shí)電壓值可能分布在0.999~1.001V之間。

4、DNL：Differencial NonLiner-差分非線性度，理論上說(shuō)，模數(shù)器件相鄰量個(gè)數(shù)據(jù)之間，模擬量的差值都是一樣的。就相一把疏密均勻的尺子。但實(shí)際并不如此。一把分辨率1毫米的尺子，相鄰兩刻度之間也不可能都是1毫米整。那么，ADC相鄰兩刻度之間最大的差異就叫差分非線性值（Differencial NonLiner）。DNL值如果大于1，那么這個(gè)ADC甚至不能保證是單調(diào)的，輸入電壓增大，在某個(gè)點(diǎn)數(shù)值反而會(huì)減小。這種現(xiàn)象在SAR（逐位比較）型ADC中很常見(jiàn)。

5、基準(zhǔn)源：有內(nèi)部基準(zhǔn)源、外部基準(zhǔn)源等等。

6、轉(zhuǎn)換速率：也就是轉(zhuǎn)換周期的倒數(shù)，轉(zhuǎn)換周期就是完成一次AD轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。

今天要用到的器件是PCF8591，為什么選它？太多的開(kāi)發(fā)板上用它做演示了，而且還是IIC總線通信的。既學(xué)習(xí)了AD采樣，又學(xué)習(xí)了IIC總線。

先上應(yīng)用電路：

      如上圖所示，PCF8591的9腳和10腳，一個(gè)是數(shù)據(jù)線SDA，一個(gè)是時(shí)鐘線SCL。分別接到單片機(jī)的P2.0 , P2.1上面。

為什么選這兩個(gè)引腳？因?yàn)?1單片機(jī)上沒(méi)有IIC總線接口，需要用普通的IO模擬，所以它隨便選了兩個(gè)IO接上就行。

VREF是什么？基準(zhǔn)電壓，也是它能測(cè)量的最大電壓。

如何控制？今天先不說(shuō)IIC總線，只說(shuō)控制流程。

看器件手冊(cè)可以知道：

分四步：

1、發(fā)送地址字節(jié)，選擇該器件。

2、發(fā)送控制字節(jié)，選擇相應(yīng)通道。               //

3、重新發(fā)送地址字節(jié)，選擇該器件。

4、接收目標(biāo)通道的數(shù)據(jù)。

這次的程序流程是：AD采樣，串口發(fā)送，循環(huán)執(zhí)行。

1. /**********************51單片機(jī)學(xué)習(xí)例程************************
   
2. *  平臺(tái):Keil U4 + STC89C52
   
3. *  名稱：AD采樣+串口發(fā)送
   
4. *  編寫(xiě)：起航
   
5. *  晶體:11.0592MHZ
   
6. ******************************************************************/
   
7. #include <reg52.h>
   
8. #include <intrins.h>
   
9. 
   
10. typedef unsigned char uint8;
    
11. typedef unsigned int uint16;
    
12. 
    
13. #define SLAVEADDR  0x90                 //定義器件地址
    
14. #define nops()  do{_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();} while(0) //定義空指令
    
15. 
    
16. 
    
17. sbit SCL = P2^1;       //I2C  時(shí)鐘
    
18. sbit SDA = P2^0;       //I2C  數(shù)據(jù)
    
19. 
    
20. void delay(uint16 n)
    
21. {
    
22.         while (n--);
    
23. }
    
24. /**
    
25. * 函數(shù): i2c_start()
    
26. * 功能: 啟動(dòng)i2c                  起始信號(hào)
    
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. }
    
38. 
    
39. /**
    
40. * 函數(shù): 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. }
    
54. 
    
55. /**
    
56. * 函數(shù): i2c_ACK(bit ck)
    
57. * 功能: ck為1時(shí)發(fā)送應(yīng)答信號(hào)ACK,
    
58. *       ck為0時(shí)不發(fā)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. }
    
74. 
    
75. /**
    
76. * 函數(shù): i2c_waitACK()
    
77. * 功能: 返回為0時(shí)收到ACK
    
78. *       返回為1時(shí)沒(méi)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. }
    
98. 
    
99. /**
    
100. * 函數(shù): i2c_sendbyte(uint8 bt)
     
101. * 功能: 將輸入的一字節(jié)數(shù)據(jù)bt發(fā)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. }
     
120. 
     
121. /**
     
122. * 函數(shù): i2c_recbyte( )
     
123. * 功能: 從總線上接收1字節(jié)數(shù)據(jù)
     
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. }
     
142. 
     
143. /**
     
144. * 函數(shù): i2c_readbyte
     
145. * 輸入: addr
     
146. * 功能: 讀出一字節(jié)數(shù)據(jù)
     
147. * 返回值: 0->成功  1->失敗
     
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);        //控制字節(jié)
     
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();      //讀數(shù)據(jù)
     
163.         i2c_ACK(0);                //因?yàn)橹蛔x一字節(jié)數(shù)據(jù)，不發(fā)送ACK信號(hào)
     
164.         i2c_stop();   
     
165.        
     
166.         return 0;
     
167. }
     
168. 
     
169. /**
     
170. * UART初始化
     
171. * 波特率：9600
     
172. */
     
173. void uart_init(void)
     
174. {
     
175.     ET1=0;
     
176.     TMOD = 0x21;        // 定時(shí)器1工作在方式2（自動(dòng)重裝）
     
177.     SCON = 0x50;        // 10位uart，允許串行接受
     
178. 
     
179.     TH1 = 0xFD;
     
180.     TL1 = 0xFD;
     
181. 
     
182.     TR1 = 1;
     
183. }
     
184. 
     
185. /**
     
186. * UART 發(fā)送一字節(jié)
     
187. */
     
188. void UART_Send_Byte(uint8 dat)
     
189. {
     
190.         SBUF = dat;
     
191.         while (TI == 0);
     
192.         TI = 0;
     
193. }
     
194. 
     
195. 
     
196. main()
     
197. {
     
198.         uint8 ans;
     
199. 
     
200.         uart_init();
     
201. 
     
202.         while(1)
     
203.         {
     
204. 
     
205.                 i2c_readbyte(0x43, &ans);
     
206.             
     
207.                 UART_Send_Byte(ans);
     
208.                 delay(50000);
     
209.         }
     
210. }
     

復(fù)制代碼

本程序下載鏈接（附帶PCF8591中文資料pdf資料）： PCF8591AD采樣.rar (459.16 KB, 下載次數(shù): 948)

2015-4-8 22:46 上傳

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      忽然發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)寫(xiě)到AD/DA這里來(lái)了。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，已經(jīng)不是51單片機(jī)的內(nèi)容了，而是周邊應(yīng)用電路的一些東西。這些東西涉及的知識(shí)面比較廣，什么都有可能提到。

      關(guān)于AD/DA，或者其它設(shè)備，我的學(xué)習(xí)思路是先模仿，再深究。

      因?yàn)闊o(wú)論是課本也好，器件手冊(cè)也好，大部分講的都是原理或者寄存器，起到的是一個(gè)工具書(shū)的作用，類似于語(yǔ)文課上用的字典。但是這就出現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題，很多人想通過(guò)看課本或者看器件手冊(cè)的方式來(lái)掌握這些設(shè)備。

      這個(gè)思路有問(wèn)題嗎？沒(méi)有問(wèn)題嗎？

      還記得我剛才說(shuō)的話么，它們就類似于語(yǔ)文課上用的字典，但是，有誰(shuí)是通過(guò)看字典學(xué)會(huì)說(shuō)話的�。�！

      我們都是通過(guò)模仿別人學(xué)會(huì)說(shuō)話的，遇到不認(rèn)識(shí)的字才去查字典！但是很多人或者很多學(xué)校都把這兩件事的順序搞反了。

      記得之前我在英飛凌官網(wǎng)進(jìn)行芯片選型，網(wǎng)頁(yè)都翻爛了，找不到合適的。因?yàn)橛w凌不是我家開(kāi)的，我不能保證每次都能順利的找到我想要的東西。

      但是，我同事參加了一次電子展，在展會(huì)上遇到了英飛凌的展臺(tái)，然后問(wèn)他們，他們一聽(tīng)我們的需求，馬上找出一堆能滿足我們要求的芯片。

      這就是思路的問(wèn)題！

      扯遠(yuǎn)了，說(shuō)回到DA控制。

DA轉(zhuǎn)換（Digital to Analog），是將數(shù)字量變成模擬量的一個(gè)過(guò)程。AD與DA剛好是相反的兩個(gè)過(guò)程，AD是把模擬信號(hào)變成單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)；DA是把單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)變成連續(xù)變化的模擬量。這兩種功能的應(yīng)用范圍都非常廣泛！

      主要參數(shù)如下，具體什么意思就不講了，大家可以百度一下。（因?yàn)槲揖幉怀鰜?lái)了...）

1）分辯率(Resolution)

2） 轉(zhuǎn)換速率(Conversion Rate)

3）量化誤差 (Quantizing Error)

4）偏移誤差(Offset Error)

5）滿刻度誤差(Full Scale Error)

6）線性度(Linearity)

其他指標(biāo)還有：絕對(duì)精度(Absolute Accuracy) ，相對(duì)精度(Relative Accuracy)，微分非線性，單調(diào)性和無(wú)錯(cuò)碼，總諧波失真（Total Harmonic Distotortion縮寫(xiě)THD）和積分非線性。

看到這么多參數(shù)，是不是很暈？

搞了這些年電子，感觸最深的有一點(diǎn)是：無(wú)論做什么，先求有，再求好！

不要總想一口吃個(gè)胖子，沒(méi)那么多天才。參數(shù)是很多，但是沒(méi)要求你一下子全都記住，甚至你可以只記一兩個(gè)。先把大致的應(yīng)用流程跑一遍，跑下來(lái)，你才對(duì)這個(gè)設(shè)備有一個(gè)整體的概念，然后針對(duì)你的要求，比對(duì)相應(yīng)的參數(shù)，進(jìn)行修改、調(diào)試。

哪怕是在工作中，也不一定會(huì)考慮全部的參數(shù)。例如轉(zhuǎn)換時(shí)間，我到現(xiàn)在也沒(méi)認(rèn)真看PIC內(nèi)部的AD采樣轉(zhuǎn)換時(shí)間有多久，因?yàn)橛行┰O(shè)備對(duì)實(shí)時(shí)性要求很低，速度慢一些也沒(méi)事。

然后是控制流程，認(rèn)真看器件手冊(cè)的，或者看了昨天日志的，都知道是怎樣一個(gè)流程：

第一步：寫(xiě)器件地址；

第二步：寫(xiě)控制位。

第三步：寫(xiě)入數(shù)據(jù)。

好了，上程序。通過(guò)DA輸出漸變電壓控制LED，形成呼吸燈的效果。里面有個(gè)警告：

*** WARNING L16: UNCALLED SEGMENT, IGNORED FOR OVERLAY PROCESS

      大家可以研究下，如何消除警告。

程序源碼如下：

下載鏈接： PCF8591DAC_LED.zip (29.03 KB, 下載次數(shù): 409)

2015-4-8 22:46 上傳

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