学51单片机-基于PCF8591的AD采样和DA输出

学51单片机-基于PCF8591的AD采样和DA输出
首先思考一个问题，我们的世界是数字的还是模拟的？
当然是模拟的了，所有的量都是在一定范围内连续变化的。

我们为了能够更加方便的描述这些量，对它们进行了数字化。

而数字量就不一样了，它是分立的的几个值。

举个例子，我们形容一个人的身高，模拟的说法是一米七到一米七五之间，数字的说法就是一米七三。

接下来说AD转换器，它的出现也是为了让我们能更方便、更直接的描述电压的高低。

AD转换器，英文全称为Analog-to-Digital Converter，是模拟量到数字量的一个转换过程，主要用于电压的采集。

它的出现就如同有了一把尺子，很容易就能量出电压的高低。

在电子设备中，经常要检测各种模拟量：温度、压力、速度、流量、重力加速度等等，这些模拟量都被相应的传感器转换为电压信号，我们只需要测量电压的高低，就能得到相应参数。

AD的主要参数有哪些？
1、AD的位数：表明这个AD共有2^n个刻度，8位AD，输出的刻度是0~255.
2、分辨率：就是AD能够分辨的最小的模拟量变化，假设5.10V的系统用8位的AD采样，那么它能分辨的最小电压就是5.10/255=0.02V。

3、INL：Interger NONliner积分非线性度，表示了ADC器件在所有的数值点上对应的模拟值，和真实值之间误差最大的那一点的误差值。

也就是，输出数值偏离线性最大的距离。

单位是LSB（即最低位所表示的量）。

比如12位ADC：TLC2543，INL值为1LSB。

那么，如果基准4.095V，测某电压得的转换结果是1000，那么，真实电压值可能分布在0.999~1.001V之间。

4、DNL：Differencial NonLiner-差分非线性度，理论上说，模数器件相邻量个数据之间，模拟量的差值都是一样的。

就相一把疏密均匀的尺子。

但实际并不如此。

一把分辨率1毫米的尺子，相邻两刻度之间也不可能都是1毫米整。

那么，ADC相邻两刻度之间最大的差异就叫差分非线性值（Differencial NonLiner）。

DNL值如果大于1，那么这个ADC甚至不能保证是单调的，输入电压增大，在某个点数值反而会减小。

这种现象在SAR（逐位比较）型ADC中很常见。

5、基准源：有内部基准源、外部基准源等等。

6、转换速率：也就是转换周期的倒数，转换周期就是完成一次AD转换所需的时间。

今天要用到的器件是PCF8591，为什么选它？太多的开发板上用它做演示了，而且还是IIC总线通信的。

既学习了AD采样，又学习了IIC总线。

先上应用电路：
如上图所示，PCF8591的9脚和10脚，一个是数据线SDA，一个是时钟线SCL。

分别接到单片机的P2.0,P2.1上面。

为什么选这两个引脚？因为51单片机上没有IIC总线接口，需要用普通的IO模拟，所以它随便选了两个IO接上就行。

VREF是什么？基准电压，也是它能测量的最大电压。

如何控制？今天先不说IIC总线，只说控制流程。

看器件手册可以知道：
分四步：
1、发送地址字节，选择该器件。

2、发送控制字节，选择相应通道。

//
3、重新发送地址字节，选择该器件。

4、接收目标通道的数据。

这次的程序流程是：AD采样，串口发送，循环执行。

下面是AD采样源代码：
/**********************51单片机学习例程************************
*平台:Keil U4+STC89C52
*名称：AD采样+串口发送
*编写：起航
*晶体:11.0592MHZ
******************************************************************/ #include<reg52.h>
#include<intrins.h>
typedef unsigned char uint8;
typedef unsigned int uint16;
#define SLAVEADDR0x90//定义器件地址
#define nops()do{_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}while(0)//定义空指令sbit SCL=P2^1;//I2C时钟
sbit SDA=P2^0;//I2C数据
void delay(uint16n)
{
while(n--);
}
/**
*函数:i2c_start()
*功能:启动i2c起始信号
*/
void i2c_start()
{
SCL=1;
nops();
SDA=1;
nops();
SDA=0;
nops();
SCL=0;
}
/**
*函数:i2c_stop()
*功能:停止i2c
*/
void i2c_stop()
{
SCL=0;
nops();
SDA=0;
nops();
SCL=1;
nops();
SDA=1;
nops();
/**
*函数:i2c_ACK(bit ck)
*功能:ck为1时发送应答信号ACK, *ck为0时不发送ACK
*/
void i2c_ACK(bit ck)
{
if(ck)
SDA=0;
else
SDA=1;
nops();
SCL=1;
nops();
SCL=0;
nops();
SDA=1;
nops();
}
/**
*函数:i2c_waitACK()
*功能:返回为0时收到ACK
*返回为1时没收到ACK
*/
bit i2c_waitACK()
{
SDA=1;
nops();
SCL=1;
nops();
if(SDA)
{
SCL=0;
i2c_stop();
return1;
}
else
{
SCL=0;
return0;
}
}
*函数:i2c_sendbyte(uint8bt)
*功能:将输入的一字节数据bt发送*/
void i2c_sendbyte(uint8bt)
{
uint8i;
for(i=0;i<8;i++)
{
if(bt&0x80)
SDA=1;
else
SDA=0;
nops();
SCL=1;
bt<<=1;
nops();
SCL=0;
}
}
/**
*函数:i2c_recbyte()
*功能:从总线上接收1字节数据
*/
uint8i2c_recbyte()
{
uint8dee,i;
for(i=0;i<8;i++)
{
SCL=1;
nops();
dee<<=1;
if(SDA)
dee=dee|0x01;
SCL=0;
nops();
}
return dee;
}
/**
*函数:i2c_readbyte
*输入:addr
*功能:读出一字节数据
*返回值:0->成功1->失败
*/
bit i2c_readbyte(uint8com,uint8*dat)
{
i2c_start();
i2c_sendbyte(SLAVEADDR);//地址
if(i2c_waitACK())
return1;
i2c_sendbyte(com);//控制字节
if(i2c_waitACK())
return1;
i2c_start();
i2c_sendbyte(SLAVEADDR+1);//地址
if(i2c_waitACK())
return1;
*dat=i2c_recbyte();//读数据
i2c_ACK(0);//因为只读一字节数据，不发送ACK信号i2c_stop();
return0;
}
/**
*UART初始化
*波特率：9600
*/
void uart_init(void)
{
ET1=0;
TMOD=0x21;//定时器1工作在方式2（自动重装）SCON=0x50;//10位uart，允许串行接受
TH1=0xFD;
TL1=0xFD;
TR1=1;
}
/**
*UART发送一字节
*/
void UART_Send_Byte(uint8dat)
{
SBUF=dat;
while(TI==0);
TI=0;
}
main()
{
uint8ans;
uart_init();
while(1)
{
i2c_readbyte(0x43,&ans);
UART_Send_Byte(ans);
delay(50000);
}
}
输出：
下面介绍PCF8591的DA
忽然发现，已经写到AD/DA这里来了。

严格来说，已经不是51单片机的内容了，而是周边应用电路的一些东西。

这些东西涉及的知识面比较广，什么都有可能提到。

关于AD/DA，或者其它设备，我的学习思路是先模仿，再深究。

因为无论是课本也好，器件手册也好，大部分讲的都是原理或者寄存器，起到的是一个工具书的作用，类似于语文课上用的字典。

但是这就出现了一个问题，很多人想通过看课本或者看器件手册的方式来掌握这些设备。

这个思路有问题吗？没有问题吗？
还记得我刚才说的话么，它们就类似于语文课上用的字典，但是，有谁是通过看字典学会说话的！！！
我们都是通过模仿别人学会说话的，遇到不认识的字才去查字典！但是很多人或者很多学校都把这两件事的顺序搞反了。

记得之前我在英飞凌官网进行芯片选型，网页都翻烂了，找不到合适的。

因为英飞凌不是我家开的，我不能保证每次都能顺利的找到我想要的东西。

但是，我同事参加了一次电子展，在展会上遇到了英飞凌的展台，然后问他们，他们一听我们的需求，马上找出一堆能满足我们要求的芯片。

这就是思路的问题！
扯远了，说回到DA控制。

DA转换（Digital to Analog），是将数字量变成模拟量的一个过程。

AD与DA 刚好是相反的两个过程，AD是把模拟信号变成单片机可识别的数字信号；DA是把单片机可识别的数字信号变成连续变化的模拟量。

这两种功能的应用范围都非常广泛！
主要参数如下，具体什么意思就不讲了，大家可以百度一下。

（因为我编不出来了...）
1）分辩率(Resolution)
2）转换速率(Conversion Rate)
3）量化误差(Quantizing Error)
4）偏移误差(Offset Error)
5）满刻度误差(Full Scale Error)
6）线性度(Linearity)
其他指标还有：绝对精度(Absolute Accuracy)，相对精度(Relative Accuracy)，微分非线性，单调性和无错码，总谐波失真（Total Harmonic Distotortion缩写THD）和积分非线性。

看到这么多参数，是不是很晕？
搞了这些年电子，感触最深的有一点是：无论做什么，先求有，再求好！
不要总想一口吃个胖子，没那么多天才。

参数是很多，但是没要求你一下子全都记住，甚至你可以只记一两个。

先把大致的应用流程跑一遍，跑下来，你才对这个设备有一个整体的概念，然后针对你的要求，比对相应的参数，进行修改、调试。

哪怕是在工作中，也不一定会考虑全部的参数。

例如转换时间，我到现在也没认真看PIC内部的AD采样转换时间有多久，因为有些设备对实时性要求很低，速度慢一些也没事。

然后是控制流程，认真看器件手册的，或者看了昨天日志的，都知道是怎样一个流程：
第一步：写器件地址；
第二步：写控制位。

第三步：写入数据。

好了，上程序。

通过DA输出渐变电压控制LED，形成呼吸灯的效果。

里面有个警告：***WARNING L16:UNCALLED SEGMENT,IGNORED FOR OVERLAY PROCESS 大家可以研究下，如何消除警告。

程序源码如下：
/**********************51单片机学习例程************************
*平台：Keil U34+STC89C52RD
*名称：IIC协议PCF8591ADDA转换，此程序通过IIC协议对DAAD芯片操作,并输出模拟量，用LED亮度渐变指示
*编写：起航
*晶振:11.0592MHZ
******************************************************************/
#include<reg52.h>//包含头文件，一般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义
#include<intrins.h>//包含NOP空指令函数_nop_();
#define AddWr0x90//写数据地址
#define AddRd0x91//读数据地址
sbit RST=P2^4;//关掉时钟芯片输出
sbit Sda=P2^0;//定义总线连接端口
sbit Scl=P2^1;
sbit Fm=P2^3;//FM
sbit dula=P2^6;
sbit wela=P2^7;
//bit ADFlag;//定义AD采样标志位
unsigned char code
Datatab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//7段数共阴码管段码表
data unsigned char Display[8];//定义临时存放数码管数值
/*------------------------------------------------
延时程序
------------------------------------------------*/
void mDelay(unsigned char j)
{
unsigned int i;
for(;j>0;j--)
{
for(i=0;i<125;i++)
{;}
}
}
/*------------------------------------------------
初始化定时器1
------------------------------------------------*/
void Init_Timer1(void)
{
TMOD|=0x10;
TH1=0xff;/*Init value*/
TL1=0x00;
//PT1=1;/*优先级*/
EA=1;/*interupt enable*/
ET1=1;/*enable timer1interrupt*/
TR1=1;
}
/*------------------------------------------------启动IIC总线
------------------------------------------------*/ void Start(void)
{
Sda=1;
_nop_();
Scl=1;
_nop_();
Sda=0;
_nop_();
Scl=0;
}
/*------------------------------------------------停止IIC总线
------------------------------------------------*/ void Stop(void)
{
Sda=0;
_nop_();
Scl=1;
_nop_();
Sda=1;
_nop_();
Scl=0;
}
/*------------------------------------------------应答IIC总线
------------------------------------------------*/ void Ack(void)
{
Sda=0;
_nop_();
Scl=1;
_nop_();
Scl=0;
_nop_();
}
/*------------------------------------------------
发送一个字节
------------------------------------------------*/ void Send(unsigned char Data)
{
unsigned char BitCounter=8;
unsigned char temp;
do
{
temp=Data;
Scl=0;
_nop_();
if((temp&0x80)==0x80)
Sda=1;
else
Sda=0;
Scl=1;
temp=Data<<1;
Data=temp;
BitCounter--;
}
while(BitCounter);
Scl=0;
}
/*------------------------------------------------
写入DA数模转换值
------------------------------------------------*/ void DAC(unsigned char Data)
{
Start();
Send(AddWr);//写入芯片地址
Ack();
Send(0x40);//写入控制位，使能DAC输出Ack();
Send(Data);//写数据
Ack();
Stop();
}
void fmg(void)//fm关
{
Fm=1;//关fm
}
void cmg(void)//数码管锁存函数关时钟DS1302
{
dula=1;
P0=0x00;
dula=0;
wela=1;
P0=0x00;
wela=0;
RST=0;//关时钟DS1302
}
/*------------------------------------------------
主程序
------------------------------------------------*/
void main()
{
unsigned char num;//DA数模输出变量
Init_Timer1();
cmg();//数码管锁存
fmg();
while(1)
{
DAC(num);//DA输出，可以用LED模拟电压变化
num++;//累加，到256后溢出变为0，往复循环。

显示在LED上亮度逐渐变化mDelay(20);//延时用于清晰看出变化
}
}。